автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Управление технологическим процессом кормоуборочных машин

На правах рукописи

Белов Михаил Иванович

Управление технологическим процессом кормоуборочных машин

Специальности: 05.20.0! -.Технологии и средства механизации сельского хозяйства

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям АПК)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Московский государственный агроин-женерный университет имени В.П. Горячкина» и во Всесоюзном научно - исследовательском институте комплексных проблем машиностроения для живот-

Научные консультанты: академик РАСХН, доктор технических наук,

профессор

Ерохин Михаил Никитьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лобачевский Яков Петрович (05.20.01) доктор технических наук, профессор Дмитриченко Сергей Семенович (05.20.01) доктор технических наук, профессор Федоров Павел Валентинович (05.13.06)

Ведущая организация - ФГУ «Центральная МИС»

Защита состоится « 1 » ноября 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГОУ ВПО «Московский государственный аг-роинженерный университет имени В.П. Горячкина» по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 58

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 1_ » ОК/иД-З^ 2004 г.

новодства и кормопроизводства

доктор технических наук, профессор Судник Юрий Александрович

Ученый секретарь диссертационного совета

2005-4 12562

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Мобильные кормоуборочные машины и комбайны выполняют основную долю технологических операций по механизированной заготовке измельченного корма для животных. Высокие требования, предъявляемые к качеству и эффективности работы, а также уровню конкурентоспособности кормоуборочных машин (КМ) диктуют необходимость решения проблемы повышения их технико-экономического уровня.

Кормоуборочные машины как сложные динамические системы работают в условиях множества случайных возмущений, приводящих к нарушениям энергетического и технологического режимов. Нарушения измельчения как наиболее энергоемкого технологического процесса, доля которого в балансе энергозатрат КМ превышает 50%, приводят к перегрузке и недогрузке дизеля КМ, существенно снижают их производительность и ресурс работы двигателя. Нестабильность подачи в машину растительной массы, вызванная колебаниями урожайности и скорости движения машин, ухудшает качество выполнения технологического процесса, увеличивает количество и длительность простоев. По данным различных МИС, простои КМ достигают 18% общего времени их работы. При пропускной способности современных кормоуборочных машин до 80 кг/с (на измельчении кукурузы) снижение их производительности только на 5% приводит к недобору свыше 50 т корма в смену.

Одновременно с управлением КМ оператор (механизатор) осуществляет непрерывный контроль выполнения технологического процесса, технического состояния агрегата, а также обеспечивает безопасность его движения. В реальных условиях работы машины человек практически не в состоянии обработать огромный поток информации и принять правильные решения по управлению и выбору режимов работы КМ (особенно при работе машин на повышенных скоростях). Ручное управление является недостаточно эффективным, потенциальные возможности современных КМ не используются в полном объеме в связи с ограничениями, вносимыми «человеческим фактором».

В настоящее время одним из эффективных инструментов исследования и совершенствования сельскохозяйственных машин, в частности кормоуборочных, является моделирование их энерготехнологических режимов работы на основе использования современных средств вычислительной техники. Известные методы и средства управления КМ не дают существенного эффекта, не отвечают современным требованиям. Поэтому разработка эффективных инженерных методов совершенствования управления технологическим процессом КМ, оптимизация энерготехнологических режимов и конструктивных параметров основных рабочих органов на базе их компьютерного моделирования является актуальной и практически значимой проблемой сегодняшнего дня.

Цель исследования заключается в разработке методов и технических средств, обеспечивающих эффективное хь технологического процесса кормо-уборочной машины и повышение ее технике ~~

Задачи исследования. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

- разработка методик, алгоритмов и компьютерных программ технологического расчета рациональных параметров цилиндрического, дискового, роторного измельчителей, ротационного режущего аппарата;

- разработка теории, алгоритмов и и компьютерных программ движения частиц измельченных растений в цилиндрическом, дисковом и роторном измельчителях и резания растений;

- разработка теории, алгоритма и и компьютерных программ динамического расчета трансмиссии в ручном и автоматическом режимах регулирования подачи растительной массы в кормоуборочный комбайн;

- проведение экспериментальных исследований измельчения и срезания растений;

- проведение хозяйственных испытаний разработанных средств.

Объект исследования - технологические потоки растительной массы,

трансмиссия и основные рабочие органы кормоуборочных машин.

Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе применения положений механики сплошной среды, теоретической механики, теорий вероятностей и математической статистики, численного анализа, программирования, автоматического управления и оптимизации. При проведении экспериментальных исследований использованы методы тензометрирования, осциллографирования и фотосъемки. Проверка полученных результатов осуществлена на компьютерных моделях, а также на реальных объектах.

Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов:

■ разработаны теория, алгоритмы и компьютерные модели технологического процесса измельчения растений и законы управления его рациональным режимом;

■ разработаны теория, алгоритмы и компьютерные модели для расчета и обоснования рациональных параметров измельчителей растительной массы;

■ разработаны теория, алгоритмы и компьютерные модели динамического расчёта трансмиссии КМ при ручном и автоматическом управлении;

■ методами разработанной теории созданы и испытаны на реальных объектах новые средства управления процессом измельчения и подачи растений в КМ. Достоверность теоретических положений подтверждена экспериментальными исследованиями, а также производственными и лабораторно-полевыми испытаниями разработанных средств. Новизна технических решений подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения и регистрацией программного обеспечения в Госфонде алгоритмов и программ.

Практическая ценность результатов исследования - создание научных основ, методов и технических средств, с помощью которых можно:

- получать адекватные математические модели технологического процесса измельчения растений, а также визуализировать динамику этого процесса;

- осуществлять технологический, динамический расчет и поиск рациональных параметров различных типов измельчителей растений;

- определять динамические нагрузки в трансмиссии КМ;

- существенно сократить сроки и затраты на проектирование новых технических средств измельчения растений;

- реализовать новые технические решения по измельчению растений, автоматическому управлению подачей растительной массы в КМ и тем самым:

а) повысить производительность и качество работы КМ, улучшить условия труда механизаторов;

б) снизить удельные энергозатраты и время простоев КМ;

в) увеличить ресурс работы кормоуборочных машин, а также повысить их конкурентоспособность.

Реализация результатов исследования. Программный продукт компьютерных моделей внедрен в ОАО «ВИСХОМ» и использован при разработке совместно с Красноярским комбайновым заводом цилиндрического измельчаю-ще-швыряющего аппарата кормоуборочного комбайна «Енисей-324», а совместно с ГСКБ по комплексу кормоуборочных машин ПО Гомсельмаш - цилиндрического измельчителя кормоуборочного комбайна КСК-100А, дискового до-измельчающего аппарата прицепного кормоуборочного комбайна КСД-2. Система автоматического регулирования прошла апробацию на комбайне КСК-100А. Результаты компьютерного моделирования использованы ОАО «ВИСХОМ» при разработке трансмиссии высвобождаемого энергетического модуля ВЭМ-220 и на его базе блочно-модульного самоходного картофелеуборочного комбайна БМСК-4К.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и одобрены на секциях НТС и научно-технических конференциях ОАО «ВНИИКОМЖ» (1980-1989), секциях НТС «ВИСХОМ» (1982,1989), заседаниях кафедры ИУС МГАУ им. В.П. Горячкина (2003-2004), НТС ФГУ «Центральная машиноиспытательная станция» (г. Солнечногорск, 2004), Всероссийской научно-технической конференции (г. Саранск, 2001, 2002) и Международной научно технической конференции, посвященной 100-летию В.Н. Болтинского (МГАУ, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ объемом 8,9 п.л., получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, общих выводов, изложена на 254 страницах машинописного текста, содержит 151 рисунок, 15 таблиц, список литературы, включающий 101 наименование.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Компьютерные модели технологических режимов измельчения и резания растительной массы,

2 Компьютерные модели, алгоритмы, программы и методики технологического расчета и обоснования рациональных параметров измельчителей растений.

3. Компьютерные модели расчета параметров и режимов работы трансмиссии при ручном и автоматическом управлении КМ.

4. Измельчающий аппарат и система автоматического управления подачей растительной массы в КМ, а также результаты экспериментальных исследований и сравнительных хозяйственных испытаний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 «Состояние проблемы и задачи исследования» дан обзор схем кормоуборочных комбайнов, типов и функций рабочих органов, типовых конструкций и схем режущих, питающих, измельчающих и измельчающе-швыряющих аппаратов кормоуборочных машин.

Центральное место в технологическом цикле заготовки корма КМ занимает измельчающий аппарат (рис. 1), на долю которого приходится более половины потребляемой энергии.

1 - режущий сегментно-палъцевый аппарат жатки, 2 - мотовило жатки, 3 шнек жатки для сужения потока растений, 4 - передние вальцы и верхний битёр питающего аппарата, 5, 6 - задние верхний и гладкий нижний вальцы питающего аппарата, 7- противорежущий брус, 8 - цичиндрический измель-чающе-швыряющий аппарат, 9, 10- выгрузной трубопровод и козырек.

Измельчающие аппараты подразделяются на цилиндрические, дисковые и роторные. Обзор конструкций комбайнов показал, что параметры барабана цилиндрического аппарата (диаметр, ширина, частота вращения) изменяются в широких пределах. Так, пределы варьирования диаметра составляют 406 и 800 мм. Несмотря на то что мощность самоходных комбайнов за последние 30 лет возросла с 250 до 605 л.с., корреляция между диаметром, частотой вращения барабана и мощностью энергосредства выражена слабо. Аналогичные результаты получены для дисковых и роторных измельчителей. В работе поставлен вопрос об исследовании взаимосвязи параметров измельчителей с мощностью энергосредства.

Основы теории и расчега рабочих органов кормоуборочных комбайнов изложены в трудах Н.Е. Резника. Дальнейшее развитие они получили в работах В.И. Особова, А.И. Чепурного, Ю.В. Хоменко, О.С. Марченко и др. Значитель-

ные результаты исследований дисковых измельчающе-швыряющих аппаратов кормоуборочных комбайнов получены А.И. Чепурным. Исследованиями измельчителей, в частности, наиболее изученных роторных измельчителей, занимались А.И. Артюхин, Е.С. Босой, В.П. Жаров и другие.

Разработка компьютерной модели для исследования измельчающих аппаратов требует развития и переосмысления существующих теоретических наработок, в частности, вывода уравнений связи между энергоемкостью измельчения и конструктивными параметрами измельчителей.

Изменения урожайности и другие возмущения нарушают условия нормальной работы КМ снижают производительность и вызывают повышенные нагрузки в трансмиссии и в измельчающем аппарате. Техническими средствами снижения отрицательного эффекта таких возмущений могут служить стабилизационные системы автоматического регулирования (САР) подачи растений в комбайн, являющийся объектом управления. Разработки и расчеты таких систем применительно к силосоуборочным (кормоуборочным) комбайнам появились в конце 1960-х годов (В.Д. Шеповалов, И.И. Наконечный, A.A. Зангиев, Ю.Н. Бельдейко, Ю.С. Нагорский, А. Даскалов и др.). Научные труды С.А. Алферова являются базой для построения компьютерной модели динамики трансмиссии КМ. Исследования динамики трансмиссии кормоуборочного комбайна и его процессов, выполняемых рабочими органами, проводили В.А. Шуринов, Ю.В. Чупрынин, О.И. Литвинов, Г.С. Пархоменко, H.H. Гуруцкий, Ю.А. Сидоренко и др.

Компьютерное моделирование сельскохозяйственных машин, в частности, кормоуборочных, базируется на теоретико-экспериментальных исследованиях выполняемых ими процессов. Фундаментальные основы и методы этих исследований заложены в трудах В.П. Горячкина и нашли продолжение в работах С.А. Алферова, А.И. Артюхина, И.Ф. Бородина, Е.С. Ьосого, В.М. Булгакова,

Г.П. Варламова, П.М. Василенко, Г.К. ______

Васильева, Н.И. Верещагина, С.С. Г* Дмитриченко, В.Г. Еникеева, М.Н. Ерохина, В.П. Жарова, Я.П. Лобачевского, A.A. Зангиева, Н.И. Кленина, И.П. Ксеневича, Г.М. Кутькова, А.Б. Лурье, О.С. Марченко, И.С. Нагор-ского, И.И. Наконечного, H.H. На-стенко, Н.М. Орлова, В.И. Особова, И.М. Панова, Г.Д. Петрова, М.А. Пустыгина, Н.Е. Резника, А.И. Русанова, В.А. Русанова, A.A. Сорокина, В .И. Славкина, Ю.А. Судника, Б.И. Турбина, М.Б. Угланова, М.М. Фир-сова, В.М. Халанского, А.И. Чепурно-го, A.B. Шаврова, В.Д. Шеповалова, В.А. Шуринова и др.

В главе описана общая постановка задачи моделирования, обоснованы цель и задачи исследования.

Рис. 2 Схема цилиндрического из-мельчающе - швыряющего аппарата.

Во второй главе «Технологический расчет рабочих органов» изложена теория измельчающих и режущих аппаратов, получены новые уравнения связи действующих сил и мощности с конструктивными параметрами рабочих органов и свойствами растений. Основное внимание акцентируется на цилиндрическом, дисковом и роторном измельчителях, а также на ротационном режущем аппарате. Алгоритмы расчета рабочих органов содержит два базовых варианта: алгоритм технологического расчета и алгоритм расчета рациональных параметров. Первый вариант предназначен для расчета характеристик резания и измельчения по заданным параметрам рабочего органа, второй - для расчета рациональных параметров по заданным характеристикам резания и измельчения. Наряду с алгоритмами расчетов разработаны алгоритмы движения частиц в цилиндрическом и дисковом измельчителях, а также резания травостоя роторным и ротационным аппаратами.

Блок - схема упрощенного алгоритма движения материальной точки в камере цилиндрического измельчающе - швыряющего аппарата с конспективным описанием представлена ниже (рис. 2).

Блок - схема алгоритма движения материальной точки.

да 10

1 нет

9 1=0,+ ^/2; Ух, Уу, У7: V, - Ух(Ут Vв I), Уу = Уу (Уп, У„ г); Г, - 1,+ М ;

Вычисление проекций Ух, Уу, У: скорости частицы после соударения с передней гранью подножевой пластины или ножа из уравнений соударения

к-г-М«.-»^-* V др рдср д2

дР , дР I . Ч12 . дР дР 8Р ЭР

где ик и„ Уп , УТ - проекции скорости частицы на нормаль и касательную плоскость к рабочей поверхности ножа или подножевой пластины в точке соударения до и после удара; У;„, У1х - нормальная и касательная составляющие скорости ножа или пластины в точке удара

11= К к или Л=Я„ а*= а* или а*= а3; Р(р, <р, г, 1)= Рк (р, <р, г, 0 или Р(р, <р, 2, г)= ^ (р, <р, г, 0.

8_к = 0 - ?_

Если коэффициент к восстановления скорости частицы при ударе равен нулю, то имеет место захват частицы и движение ее по грани ножа или пластины. В противном случае - соударение с ножом или пластиной и изменение скорости частицы.

да 13 р,<<р«2)<р2 ?

•4- 15 Проверка выпета частицы из барабана после соударения с ножом иди пластиной /?), Д?. —углы кожуха.

\г нет

14 1=((,+ ^/2; Ух,Уу, Уг; Ух = УХ(Г„Ув 1), Уу = Уу (У„, УТ, 1); 1, -- А1;

2 Вычисление проекций Ух, Уу, Уг скорости частицы после соударения с кожухом из уравнений соударения У/ ип= - к, Уг/ их=1 - ¡х, где ип и,, У„ , У, - проекции скорости частицы на нормаль и касательную плоскость к кожуху в точке соударения до и после удара

11,12,13

15 Конец

В блок-схему не включены пункты захвата частицы после двойного соударения с ножом или пластиной. Алгоритм движения частиц в дисковом из-мельчающе-швыряюгцем аппарате принципиально не отличается от приведенного выше.

Приведем алгоритм технологического расчета цилиндрического измель-чающе-швыряющсго аппарата (рис. 2).

Задаются ширина слоя на входе в камеру измельчителя Ь; радиус барабана Я; ширина спинки ножа Щ; расстояния от оси вращения до наименее г, и наиболее Я, удаленных точек подножевой (транспортирующей) пластины ножа; передние углы установки ножа ак и подножевой пластины а;, радиальный угол, определяющий положение противорежущего бруса /?; радиальные углы начала Р, и конца р2 выгрузного окна измельчителя; угловая скорость «вращения барабана; угол г наклона лезвия ножа к противорежущему брусу: скорости комбайна Ук и подачи Р/растений в измельчитель; ки - коэффициента заполнения приемной горловины, число секций Ык ножевого барабана; урожайность а; ширина ^захвата комбайна; удельная энергоемкость е поперечного резания растения; плотность рс растения; коэффициенты восстановления скорости к и мгновенного трения /л при ударе растений о стальную поверхность.

Вычисляются следующие показатели.

1. Подача ц=Ук IV а.

2. Высота слоя в приемной горловине Н=Ук №а/(кн У/рс Ц. Проверяется условие предотвращения трения слоя по спинке ножа.

3. Число ножей на окружности барабана, обеспечивающее непрерывное резание слоя с постоянным крутящим моментом на валу вращения щ~-2жЯ/1л%1

4. Максимально возможное число ножей пЫах на окружности, между которыми проходит слой высотой Н, пьпм =2п/[Р-агс5т((1ЫпР-Н)/К)]).

5. Расчетная длина резки 1С = 2жУ{/(озп)).

6. Оценка средневзвешенной длины частиц 1т~1,91С.

7. Угол закручивания лезвия на единицу длины барабана о^ = г^г /Я

8. Оценка мощности, соответствующей работе сил резания, Р^-еу^а/Л,

9. Оценка мощности, требуемой на сообщение частицам кинетической энергии Рь= [ук Жа а?/2] р2[(1 +к/+ (¡¿ак+1ё2ф2)]/(Г^ак+1 н^т),

гдер2 =В*+1С2/4-Цяг - {Я%тр-НII)1.

10. Оценка мощности, необходимой для транспортирования частиц по ножу или подножевой пластине как сумма скалярных произведений сил Рц, действующих на отдельные частицы, и скоростей V частиц Р,=Т(РК V), где

(РК V) = м® р - —— + лг-^——— - ^РРР^*-'») + х® г _

др V \grad /| дф V & \gradf] V

Функции р, <р, г, Мт времени ? определяются из уравнений движения частицы по ножу или подножевой пластине (см. п 7 алгоритма движения).

11 Оценка мощности, требуемой на транспортирование частиц по кожуху как сумма скалярных произведений сил действующих на частицы, и скоростей V частиц Р,=ЦРц у), где

(Ря+ Р Яф + №дР1\&ас1Р\ + Рй; д(р V дг 2

N - реакция ножа; Р~{0, Р^, Рг} - сила трения, приложенная к час гице со стороны ножа. Функции <р, 2, N. Р9, Р2 от времени /определяются из уравнений движения частицы по кожуху.

12. Оценка мощности, соответствующей работе сил сопротивления воздуха, если заданы скорость \>аг воздуха и площадь Раг поперечного сечсния выгрузного трубопровода Ра = раРагУаггаг2/2, где ря=1,29 кг/м3.

13 Оценка мощности, требуемой для измельчения, Р= Рс + Рь+ Р,+ Ри.

14. Оценки удельной энергоемкости резания, удара, хранспортирования, преодоления сопротивления воздуха и измельчения растений:

/с Л =РИV Л =Р/ч; Л -РА;

15. Оценка средней силы резания, приложенной к валу барабана,

^(^«Жсоф-^ где V - [аГС^\

16. Оценка средней силы резания, приложенной к ножу барабана,

Я=е V, \¥а2тс/[сог,к1срс соз(т-¥) (Ык ], ще¥ = \агс1^Х т * агс18(р)

[г, г < агс1£(р.)

17. Оценки сил ударного воздействия слоя на нож и вал барабана

Ть = Рь /2)со у^ ; РЬ = ТЬ,

где

v„2~í(I+k-fl)Rcotga^(tg2ak+l+tg2т)J2-i [(1+к-ц) Кю/(Щ2ак+1Пё\; + рЯю]2,

V2-Я2со2[(1+к)2+ »1 * Ф).

Сформулируем алгоритм расчета рациональных параметров: радиуса R, длины L, числа секций Nk барабана, обеспечивающих выполнение условий прохода слоя между ножами без трения по спинке ножа. Предполагается, что вместо R, со, L заданы предельные подача q или потребная на измельчение мощность N (доля мощности энергосредства), скорость резания Vc=coR, максимальное произведение величин расчетной длины 1С резки на число пк ножей.

1. Задается максимальное значение произведения 1С щ в режиме эксплуатации и вычисляется минимальный радиус барабана из условий

1сПк<р/(2я)+ Rsmai/sin(ak+ <р) <R, где Xg<p=svna.iJ(R/Wb- cosа^; R>Wb/cosak.

2. При варьировании числом секций Nk барабана определяются значения минимумов переднего угла ножа актт из условия непрерывности резания и отношения длины к радиусу барабана

akmn^o-i-ln/fNkn,)-, L/R = Nk /sinак - sina^.J/f tg г cosarf.

3. На мелкой резке /с при подаче q вычисляется минимальная длина Lj барабана qn/[lc пк кнРс К s,m(nMk) zo%(2it/n0].

Длина L, радиус R, число секций Nk барабана назначаются такими, чтобы выполнялись условия в пунктах 1,2,3.

4. Вычисляется минимальный угол хтт наклона лезвия плоского ножа

tg Tww = R[smak - sina^J/fcosa^ (L/N/JJ

5. Вычисляется угловая скорость барабана ш= Vc/R.

Приведем алгоритм технологического расчета дискового измельчаю-ще-швыряющего аппарата (рис. 3).

Задаются расстояние г от оси вращения диска до приемной горловины в нижнем сечении; радиальный угол Д образованный лучом отрицательной оси Ох, и лучом, соединяющим центр вращения с ближайшей нижней точкой приемной горловины; угловая скорость со диска; угол ак наклона ножа и угол as наклона лопатки (направление от радиуса к лезвию и лопатке по ходу вращения считаем положительным); длина s транспортирующей лопатки; ширина L приемной горловины, занятой растениями; коэффициент заполнения приемной горловины кн; скорость Vk комбайна; расчешая длина резки 1С; число ножей щ\ урожайность а\ ширина ^захвата комбайна; удельная энергоемкость е срезания одного стебля; плотность рс одного стебля; коэффициенты восстановления скорости к и мгновенного трения р при ударе растений о стальную поверхность.

чающе-шеыряющего аппарата (I-нож, 2- транспортирующая лопатка, 3- противорежущие пластины, 4 -днище )

Вычисляются

1. Скорость подачи Vf= lcco пк/(2ж).

2. Высота слоя в приемной горловине H=VkWa /(кц VfpcL).

3. Расстояние до ножа

г 2 = { (rcos/7)2+(rsin/?-tf)2, если rsmfi>H к (г cosy?)2, если г sin/? ¿Я

4. Скорость резания в наименее удаленной от оси вращения точке приемной горловины Vc~mrk.

5. Расстояние от оси вращения до наиболее удаленной точки на1рузочного участка лезвия ножа

R (rcos/? + ¿)2+(rsin/?)2, если rsin/?>#/2

* (г cos fi+L)2+(r sin fi-H)2, если rs'mfi<H/2

6. Длина прямолинейного нагрузочного участка лезвия ножа

/ = a/V -foshm*)2 -rkcosak.

I. Минимальный радиус цилиндрического днища (минимальное расстояние до наиболее удаленной точки транспортирующей лопатки)

■Я,2 =(Гк +¡cosakf +Qsiaakf.

8. Расстояние от оси вращения до транспортирующей лопатки

г, =T¡RS2 - (ssinas )2 -scosas.

9. Углы защемления между лезвием ножа и горизонтальной противорежу-

(Zq = arcsin(r, sin а, / г.)- arcsin[(r sin fi - Я) / г, ] щей пластиной . ,

«j = arcsin(r^ smа^ Ir)-р

где г, = y](rcosfi)2 + (г sin/?-Я)2.

] 0. Максимальное число ножей и лопаток, исходя из прохода слоя между ближайшими ножами пктах=2я/(ао~а!), ns= .

II. Минимальный передний угол ножа, обеспечивающий резание слоя без наталкивания его на спинку ножа ah=arctg[ 1сщ /(2кг cos ak cosfi)]

12. Оценки мощности, соответствующей работе, затрачиваемой на резание, сообщение частицам скорости и на транспортирование растений по кожуху:

Pc=eVkwa/(lcpcy,

Ptr- Vk Waco2 (c3+cJX//L-X,3/L+ Y23/H- Y,3/H)/3)/2; P,=M Mo?R2pt /[1 + p. xtúnaJ^Rf-(rssinas f ], где X¡=r cosfi - L; 'Xi^rcosfi, Y¡=rsinfi -H,

Yi-rsinfi, fi, = fi, - (po - (n/2-% - 0+ V); <Po = arcsin((r sinfi-H/2)/RJ, в = arcsinfr^inai/R); % =arcsin(Rcos(0- if)/RJ;

у/ arctgfjj rk sinat /((1 + k)^R2 - (rk sinak f )]; R2 =(rcosfi + L/2f +(r sinfi-H/2)2.

13. Оценка мощности, соответствующей затратам энергии на преодоление сопротивления воздуха при условии задания площади Far поперечного сечения

выгрузного трубопровода и скорости воздуха уа, в этом сечении Ра=ри Раг у, Уаг2/2,где рл=1,3 кг/м3.

14 Производительность ц= У^а.

15. Оценки удельной энергоемкости резания и измельчения растений

р-еУ^а2л/[а}Пк1срсЛщЕ(А11 Л, соя(0,-у^/сов у/^];

0. у, в„ г) - углы наклонного резания и поворота и их значения в моменты времени с интервалом Аг)=со Ап

А1„ Я„ соответственно длина нагруженного участка лезвия ножа и рассюя-ние от оси вращения до середины этого участка в моменты времени с интервалом Ж.

Наряду с алгоритмом технологического расчета разработан алгоритм расчета рациональных параметров дискового измельчителя, В этом случае вместо г, р, Ь задаются минимальная скорость резания Ус, а г,р,Ь принимаются такими, чтобы радиус Як ножа достигал минимума, при условии, что слой не упирается в спинку ножа и проходит между ножами.

В этом случае задаются со, Ус, а*, 5, а„ Уь 1С, пь а, IV, е, ра к, р.

Вычисляются

1. Расстояние от оси вращения до приемной горловины гсоф=Ус/со.

2. Расстояние от оси вращения до ножа гК= гсоф.

3. Ширина приемной горловины /., обеспечивающая минимум выражения для (ай/ : тт{[1 со + Ус]2+[жУкШа/(к„Ьр^п0]2}

при условии 2ж/щ > (эхс5\п[Н/(2г)]+ Р),

где Н^2ж УкШа /(кнЬр^тц), ?= (Ус/ш)2 + (Н/2)2, Р= аг^ГЫ^У^].

4. Высота слоя в приемной горловине Н=2ж Ук{Уа /{кцЬрс1^оп^.

5. Радиус г и угол Р из уравнений г = (Ус /со)2 + (Н/2) ; р= ы<ЛЪ[Нсо/(2У,)].

6. Радиус Кк ножа Д/ Ус/ф)2+(жУкШа/(кн1рс1стпк) /.

7. Максимальный угол наклона ножа ак -агссоъ[1спк /(2ж ан г соър)].

После определения рациональных параметров расчет характеристик измельчения осуществляется в соответствии с алгоритмом технологического расчета дискового измельчителя (кроме пунктов 2, 3,4).

Рассмотрим роторный измельчающе-швыряющий аппарат (рис. 4). Основные положения алгоритма технологического расчета параметров и характеристик измельчения сформулируем в следующем виде.

1. Задаются исходные параметры: расстояние г от оси вращения ротора до точки подвеса ножа; длина 5 ножа по радиальной линии; угловая скорость со ротора; скорость V движения ротора; число щ ножей на окружности ротора; расстояние Нг от оси вращения ротора до основания стеблей; высота Я стеблестоя; ширина и- лезвия; ширина Ь захвата; удельная энергоемкость е срезания одного стебля; плотность рс одного стебля; урожайность а; масса т ножа; мо-

/с^е/(1ср<); /=(РС+ Рь+ Р,+ РЖкФа). 16. Сила резания, приложенная к ножу (валу диска)

мент инерции 1 ножа относительно оси подвеса; коэффициент к восстановления скорости при ударе о стальную поверхность.

Вычисляются

2. Радиус ротора (расстояние от оси вращения ротора до наиболее удаленной точки ножа): R=r+s

3. Скорость рубящего резания: vc-R(o.

4. Угол поворота ротора Оi в момент резания первым ножом в наивысшей точке из уравнения cos0¡=(Hr-H)/R.

5. Максимальная длина отрезанных растений: 1= R cos в2 -Hr +Н,

где в2 определяется из уравнения Reo (sin 6¡ - sin 62) + v (0¡ ~ 62) = 2n v/nK

6. Наименьшая высота среза h^Hr-R, -

s I J \ л

7. Наибольшая высота среза hc~-Hr-^R - [m>l{nkco)]

8. Сила резания Fc= е aw хАР f(pc Н ¡a г),

где хЛр =v(e¡- e^)/(ú+RsineA+Rs{nei,

Рис. 4. Схема роторного измельчающе- швыряющего аппарата и траектории 1 и 2.

АР •

R2 +(-)2(0, + О А) + Äv(sm<?, + sin öA)I^R2a2 +V1, О)

вА = arcos[(H, -hJ/RJ, e,=arcos[(Hr-H)/R].

9. Оценка средней мощности, требуемой для резания:

Рс=е a L пк со хАр /(2ж рс Н).

10. Мощность, требуемой для резания одним ножом: Рс! = Fc (Rm+v).

11. Оценка средней мощности, соответствующей затратам энергии на сообщение растениям скорости: Рь =vLa [1 - (h+hJ/(2H)] [(1+k) co(R -1/4)f/2

12. Мощность, соответствующая расходуемой энергии на преодоление сопротивления воздуха, если заданы площадь Far выгрузной поверхности и скорость Var воздуха через нее Pa^paFavJ/2, где ра=1,29 кг/м3.

13. Расстояние с от точки подвеса ножа до центра тяжести ножа, когда импульс удара по ножу не передается на подвес ножа с= I/(s т).

14. Определяется закон колебаний ножа {г) -угол отклонения ножа от радиального луча, проходящего через ось вращения ротора и точку подвеса ножа)

Решение уравнения колебаний ножа на отрезке 2ж/со>(>0 имеет вид

%

1 t

rj(t) = По cos(pt) + — sin(pí) + - ÍFm sin p(t P

íj )dtx

где r¡o, rjo -начальные значения, когда t=0; At= (в, i OJ/co; Fm=-F^/I-=F^0 при t<At.

Как видно, теоретическое решение зависит от начальных условий. Поскольку через каждый оборот ротора начальные условия меняются, то будут меняться и значения теоретического решения. В действительности же движение установившееся, а теоретическое решение периодическое, и его период равен 2ж/т Поэтому для определения установившегося движения начальные условия должны быть выбраны так, чтобы соответствовать установившимся колебаниям ножа с периодом 2ж/со. Другими словами, начальные условия должны быть такими, чтобы выполнялись условия периодичности решения, а именно, tf(0+27c/co)=ri(0j, г)(0+2ж/ш)= 'ц(0) [Пановко Я.Г., Губанова И.И., 1979]. Отсюда r¡o=F[cos(2px/w - pAt)-cos(2p7c/co) - cosfpAt) f l]/[2p'(l - cos(2p7t/co))J,

r¡o=F[s\T\(2pn/co) - sin(2рл/со - pAt) - s'm(pAt)J//2p(l - cos(2рл/со))],

ф) f% cos(pt) + T}0 sin(pt)/p + F[\ -cos(pt)]lp2, 0</<Д/

\tj0 cos (pt) + fj0 sin (pt)/p + F[cos(pt -At)- cos (pt)]/p2, At <t<T

15. Сила FK, действующая на подвес ножа:

FK = *J(mxc + Fc cos w)2 + (myc + Fc sin y)2 , где *гШ-ж/2; xc = reo2 cos (at) + c\j/ cosy/ -cij/2 sini// ; yc=rcosm(ax)+cy/smy/-a¡/cosy/.

16. Сила Fo, действующая на опоры вала ротора, когда под нагрузкой один нож: F0 = ft} + Mr2g2 + 2Mrg(myc + Fc sin y),

где Mr - масса ротора, включая ножи.

17. Средневзвешенная длина измельченных частиц /от(не приводится).

18. Содержание по массе т;о, ты частиц длиной меньше 10 мм, 30 мм (в автореферате не приводится).

19. Производительность q=vLa[l - (h+hJ/(2H)j.

Сформулируем алгоритм расчета рациональных параметров роторного из-мельчающе - швыряющего аппарата.

1. Задаются vc; 1; (h+ hJ/2; Н; w; L; e; pc; q; а; удельная масса mw ножа на единицу длины лезвия; отношение (c/s); к; р.

Вычисляются

2. R, &А, Нп V, 0¡, 02 из системы уравнений

(h+hJ=(Hr - R)+(Hr - Reos 0^2Hr - R-Rzos 0/, vOA + vcsin вА-тп>/пк;. vc (sin 0¡ - sin в2)+vf(9/ - в?)~ 2n v/w»; Hr - H = R eos 0¡; Hr-H+l —fíeos 0?, vL-q/{a[l - (h+hJ/(2H)]J=const.

3. a>=- v/R

4. r— 0,4R/1,4; s~R/l,4.

5. c=s(c/s).

6. m ~ mww. 7.1~mcs.

Вычисления по пп 6 - 18 алгоритма технологического расчета позволяют найти все оставшиеся показатели.

Пусть заданы диапазоны изменения радиуса от Ятт до Ятах и числа ножей на окружности ротора от птт до п^. Переберем все варианты расчета рациональных параметров по пп. 2, 3 последнего алгоритма для каждого Я с точностью до миллиметра и для пк с точностью до одного ножа из заданных диапазонов. В каждом варианте будем вычислять потребную мощность на резание и удар (Рс+ Рь) по пп. 9, 11, 12. Пусть V- скорость движения, обеспечивающая минимум (Рс+ Рь) при заданной производительности д. Как следует из п 2, рациональные параметры не зависят отдельно от Ь, а ид, а зависят от скорости V или от отношения ц/[1а]. Поэтому при новом значении </„ производительности пересчет рациональных параметров делать не обязательно. Они не изменятся, за исключением новой ширины Ь„ захвата, которая при той же урожайности а определяется из соотношения /.„=£, Л/, а при новом значении а„ урожайности

Рассмотрим ротационный режущий аппарат (рис. 5). Он осуществляет скашивание стеблестоя лезвиями ножей, укрепленных на крышке ротора и вращающихся в горизонтальной плоскостц. Проблема теории, на базе которой можно построить алгоритм расчета рациональных параметров, актуальна. Развитие вычисли гельных средств позволяет пересмотреть ряд принимаемых упрощений. В том числе это относится к формуле, по которой рассчитывается подача на нож.

Естественным критерием эффективной работы ротационного режущего аппарата можно принять скашивание стеблестоя без пропусков и с мини-

Рис. 5. Схема ротационного режущего аппарата

мальной площадью пересечения скошенных участков. Руководствуясь им, сформулируем алгоритма технологического расчета ротационного режущего аппарата.

1. Задаются исходные данные: радиус Я ротора, скорость ус резания, урожайность а, плотность растения рс, удельная энергоемкость е резания растения поперек, высота Н травостоя.

Задаются исходные параметры: длина я ножа, число я* ножей на роторе, малая полуось Ь/ эллипсоидной крышки ротора, высота с, крышки ротора (Я>я, щ>1, а,= (Я-э) > Ъ{).

Вычисляются

2.а=2я/щ; /}=а/2; у=ж+а/2.

3. Максимальная подача на нож Итах=

4. Коэффициент с: +R2a2).

5. Угловая скорость ротора с учетом, что vmm = vc: со = v/[R(l -

сл/l + a2)]-

6. Скорость движения v = Reo с.

7. Расстояния между осями вращения соседних роторов

l¡ = R [1 + cosfa с/(2 (1+с)))]; h = R[1 cos(ac/(2 (1 - с)))].

8. Удельная работа на единицу площади:/= е а/(рс Н)

9. Максимальная сила, действующая на нож:

Fe = fhmax =fRa сЛ/O-V). ^

10. Средняя сила, действующая на нож, Fc -eav(l¡ + hj^/flca рс H) (/ не приводится).

11. Мощность, требуемая для срезания растений одним ножом ротора:

P=FC (R - h/2) со ~fh(R - h/2) со {h не приводится).

12. Мощность, требуемая для срезания растений на единицу ширины захвата: Рс= е a v/(pc H).

13. Мощность, требуемая для преодоления сопротивления воздуха на единицу ширины захвата (р№~1,29 кг/м3 ; a¡=(R - s)):

Pa=pavnc, (b, í-a!)co2a/b,2(l/bl2-l/al2)2/[12(l/a12+l/b!2+l/c¡2)0j+l2)J.

14. Мощность, соответствующая затратам энергии на соударение растений с ножами на единицу ширины захвата, если заданы толщина А ножа, угол у заточки ножа, коэффициенты восстановления скорости к и мгновенного трения ц при ударе:

РА= (а/И) vA [(R - s/2)cof{[(l+ k) sin y]2 +[ficos yf}/2.

15. Мощность, соответствующая затратам энергии на соударение растений с крышкой ротора на единицу ширины захвата:

Pb= (a/H)vnc, (b1+a¡) {[(1+ k) Vf +frVJ2}/[4(h+l2)J, где Vn2=[o)a,b,íl/b,2 - 1/a,)]2/[3(l/a2^l/b2+l/c2)]; V2=co2(a,2+ h,2)/3 - v2,

a¡=R - s, Cj=H, если c¡>H.

16. Момент сил резания относительно оси вращения ротора: M = Р/со.

Алгоритм основан на рациональном режиме работы режущего аппарата,

состоящего в том, что длина режущей кромки ножа равна максимальной подаче hmax, а мощность энергосредства при расчетной поступательной скорости номинальная. Допустим, в процессе работы частота вращения уменьшится. Тогда максимальная подача увеличится, и ротор будет «наезжать» на растения, что приведет к нарушению технологического процесса. Если частота вращения увеличится, то уменьшится подача на нож, что приведет к увеличению потребной мощности на кошение за счет трения со стерней. Отсюда можно сделать вывод, что режим работы ротационного режущего аппарата необходимо регулировать. Наиболее доступный способ - регулирование скорости v в зависимости от угловой скорости m вращения ротора. Как следует из п. 4, длина í режущей части ножа при постоянном радиусе R ротора с изменением скорости движения v должна изменяться. Только при таком условии может быть обеспечено рациональное резание с заданной скоростью. Максимально допустимую длину

режущей кромки ножа надо рассчитывать при максимально допустимой скорости движения режущего аппарата. Определив длину 5 режущей кромки ножа при фактической скорости V движения по формуле в п. 4 и вычислив значение коэффициента с, найдем угловую скорость со ротора в п. 5. Следовательно, рациональные условия резания растений при переменной скорости движения ротационного режущего аппарата можно обеспечить лишь при условии регулирования угловой скорости вращения ротора по заданному в пп. 4, 5 закону.

Вместо задания радиуса Я ротора зададим скорость у движения режущего аппарата и сформулируем алгоритм расчета рациональных параметров.

1. Задаются исходные данные у, ус, а, рс, е,'Н.

Задаются исходные параметры .у, пк, Ь, с/

Последовательно вычисляются

2. а =^2п/щ, р=а/2, у^я+а/2.

3. л = 5 л* /v + ]2 " 1 /(2*)-

4. Большая полуось крышки в форме эллипсоида: - 5.

Далее идут пункты 3-16 алгоритма технологического расчета, кроме п. 6

Анализ графиков зависимостей Я, пк, со, мощности (Рс+ Рь+ Ра+ />д) от скорости у позволяет найти рациональные параметры и закон регулирования.

В третьей главе «Динамика привода и регулирование подачи растений» поставлены задачи динамического расчета трансмиссии и обоснования настроечных параметров системы автоматического регулирования подачи растений в кор-моуборочный комбайн типа КСК-100А (рис. 6). Подача растений - один из главных факторов, от которого зависит загрузка двигателя и рабочих органов комбайна. Линейная зависимость ее от скорости движения комбайна позволяет осуществлять регулирование подачи регулированием скорости. Бесступенчатое регулирование скорости осуществляется поворотом рычага управления производи! ельностью насоса объемного гидропривода ходовой части. Гидростатическая трансмиссия (ГСТ) типа 23 состоит из регулируемого насоса и нерегулируемого мотора. Включение в схему

трансмиссии комбайна датчика измерения подачи и исполнительного механиз-

НаНМЬ

Рис. 6. Схема трансмиссии кормоуборочного комбайна КСК-ЮОА с кукурузной жаткой (1 -ходовая часть, коробка передач; колеса; 2, 3 - мотор и насос гидростатической грансмиссии; 4 -коленчатый вал и ведущий шкив; 5 -ведомый шкив клиноремен-ной передачи на Ъалу контрпривода, 6 - редуктор ко-ническо - цилиндрический; 7, 8 - ведущий и ведомый шкивы клиноременной передачи; 9 коробка передач; 10, вальцы питающего аппарата; 11 - барабан из-мельчающе-швыряющий; 12 - шнек жатки; 13, 14 -ведущий и ведомый шкивы клиноременной передачи, 15 - мотовило; 16,17 - ведущий и ведомый шкивы клипорсменной передачи, 18 - режущий аппараг жатки; 19 - цепочно-планчатый транспортер жатки)

ма автоматического поворота рычага управления насосом ГСТ позволяют связать подачу и скорость комбайна (рис. 7).

Система автоматического регулирования (САР) подачи состоит из датчика 1, который включает щуп измерения толщины слоя между задними вальцами питающего аппарата, шарнирное звено 6, компенсатор 7, двуплечий рычаг 18, тягу 19, механизм настройки 11, и исполнительного механизма, включающего золотник 3, плунжер 4 золотника, гидроцилиндр 12, рычаг 20 управления производительностью насоса ГСТ ходовой части 15. Автоматическое регулирование осуществляется с помощью плавающего верхнего заднего вальца питающего аппарата, поджатого к слою растений пружиной. С увеличением подачи и, "г ......;г"""7 ' ' '~~

яишши гладкии вален; 23 - ножевой барабан измельчаю-

как следствие, уве- ще_швыряющий, 24 - моювило, 25 - шнек жатки сужаюший; 26 -личением сжатия пружина подпрессовки слоя, слоя в питающем

аппарате, верхний валец поднимается. САР функционирует следующим образом. Механизмом 11 настройки выставляется нейтральное расстояние между задними вальцами питающего аппарата, соответствующее нейтральному положению плунжера золотника. В нейтральном положении обеспечивается заданная подача, и масло де поступает в гидроцилиндр. При увеличении подачи толщина слоя также увеличивается и плунжер через систему рычагов и тяг открывает окно золотника. Масло начинает поступать в полость гидроцилиндра. Шток гидроцилиндра кинематически связан с рычагом управления производительностью насоса ГСТ. Изменение угла поворота рычага уменьшает скорость комбайна до тех пор, пока не восстановятся нейтральное расстояние между вальцами и нейтральное положение плунжера. Рассматриваемая САР является стабилизационной.

Рис. 7. Схема системы автоматического регулирования производительности:

1- верхний прижимной валец (датчик толщины слоя); 2 - передние нижние вальцы питающего аппарата; 3 - распределительный чолот-ник; 4 - плунжер золотника; 5 - возвратная пружина; 6 - шарнир; 7 -компенсатор; 8 - пружина компенсатора; 9 - педаль; 10 - рычаг датчика; 11 - механизм настройки датчика; 12 - силовой гидроци-линдр;13 - дроссели; 14 - исполнительный механизм переключения управления; 15 - гидротрансмиссия ГСТ типа 23; 16 - подпорный клапан; 17 - винт ограничителя хода плунжера золотника; 18 - двуплечий рьтчаг; 19 - тяга; 20 - рьгчаг управления производительностью гиапонасоса: 21 - вепхний битео питающего аппапата: 22 -

Представим кормоуборочный комбайн в виде последовательно соединенных звеньев (рис. 8). С изменением угла А у/ поворота рычага управления производительностью насоса

Ш

т ЛлЛ-тЛ

Ду(1) г-пДур)^

Ah(t)

Рис. 8. Динамические звенья кормоуборочного комбайна: 1 - ходовая часть; 2 - режущий аппарат; 3 - транспортер жатки; 4 - шнек жатки; 5 - питающий аппарат.

на входе звена ходовой части скорость комбайна на выходе изменяется. Изменение скорости Av на входе звена режущего аппарата жатки изменяет производительность Aq растений на выходе. Изменение подачи Aq на входе и выходе из транспортера и шнека жатки с учетом запаздываний, равных промежуткам и т2 движения растений по транспортеру и шнеку, изменяет толщину Ah слоя на выходе звена питающего аппарата. Изменение Ah на входе звена датчика приводит к смещению Ах г. А соединения двуплечего рычага с пружиной компенсатора. Изменение Ах на выходе датчика связано со смещением AI плунжера и изменениями открытого окна золотника и подачи AQ масла, поступающего в гидроцилиндр, входного звена исполнительного механизма. Изменение AQ на входе астатического звена кинематической связи гидроцилиндра с рычагом, управляющим производительностью насоса ГСТ, приводит к изменетшю А у/ угла поворота рычага на выходе звена исполнительного механизма.

Передаточные функции звеньев получены в виде (рис. 9): T2s+ 1); W2(s)-b2, fV3fsJ=eY; W/s) -e"7,

W/s)=bs; W6(s)=kh; W7(s)= kx/(Tx ,+ 1); Ws(s)= b„/[T,.s].

Здесь s — комплексная переменная; bj=3,l ip м/(рад с); b2=6,8—l 3,6 кг/м; bi=0,001 0,005 м с/кг; ki, - настроечный параметр; kx=0,5; bs= 27-53 рад/м; Tj=0,75 с; T2-l, 43 c; t, =0,4-0,8 с; z2=0,2-0,6 с, Tx0.25 с ; Ts=2-5 с; ip - номер передачи (ip=l; ip=2').

Yd) . .

Настроечный параметр кИ и постоянная времени исполнительного механизма рассчитаны на обеспечение устойчивости САР с заданным запасом по амплитуде. Для этого использовался критерий устойчивости Найкви-ста. Разомкнем САР на входе по первому звену (рис. 8, 9).

A\j/

|/ -,Av F -п - ■-

w,

AI

Рис. 9. Структурная схема САР

По определению, передаточную функцию И^/х) разомкнутой системы можно записать так:

= 1У,(*) ЧУ/*) 1Г/$) ТУ/*) ТУ7(я) 1У/з). Положим £-=г'го и представим Щх) в виде:

W(ia)~ и(ы, k0)+i V(a>, k0) =R(co, к0) е

(<p+a>t)i

0,4 0,2 о ■02 -0,4 -0.6 -0,8

АФХ

где Щсо, ко), ср(со) - длина радиуса-вектора Ж(гсо) и угол, образованный вектором и осью абсцисс при отсутствии запаздывания г, т= г(+ т2; к0 - коэффициент усиления

ко^Ь1Ь2Ь}к1,кхЬ8, (1)

В2(со, к0) = к02/[М2 [(1-Т, а>2)2+(Т2со-Т0со3)2] [(Т2 ф2 +1)]],

ср(со)=&га%[(Т2Ф -Т„со3)/(1-Т, со2)]+ ггс\%[Тх со]+п/2. Рассмотрим фазовую плоскость с осями координат и, V. На рис. 10 показаны годографы радиуса-вектора ЯУ('ко), полученные при варьировании со, когда ко—0,45, а Т$--2 с. Можно видеть что амплитудно-фазовые характеристики при заданных значениях параметров ко и х не охватывают точку с координатами (-1,0). Следовательно, в соответствии с критерием Найквиста, при заданных параметрах к0 и т замкнутая система устойчива. Точки С и Л на рисунке показывают запасы устойчивости по амплитуде и по фазе САР с запаздыванием 1 с. Они получены на пересечении годографа радиуса-вектора Щгсо) с осью абсцисс и окружностью радиусом 1. Длина отрезка ОС характеризует запас по амплитуде, а угол в - по фазе. Как видно на графике, запас устойчивости по амплитуде равен 0,6, а по фазе - 0,9 рад.

Для проверки эффективности САР с коэффициентом усиления к0 (настроечным параметром к/,) разработана модель динамического расчета трансмиссии в режиме автоматического регулирования производительности. Одной из сложных проблем такого расчета является адекватное описание нежестких связей. Кли-ноременные и гидравлические передачи активно используются в системе приводов кормоуборочных машин. В отличие от жестких приводов в них зависимости между угловыми скоростями вращения ведущего и ведомого валов не прямо пропорциональны.

Обработка экспериментальных данных методами регрессионного анализа позволила получить уравнение связи между угловыми скоростями мотора сот и насоса <ц, гидростатической трансмиссии (ГСТ) ходовой части в виде:

сот /сор=Ргц? =К^ч/(1,0-агАр), где - кпд ГСТ; Р/= К^ц/ - передаточное отношение ГСТ; К^ 1/^(п/6)\ Ар -перепад давления в моторе; а =0,0061/мПа

Уравнение связи между крутящим моментом Му на ведомом валу и отношением угловых скоростей ведущего сои и ведомого ох валов в клиноременной передаче и при взаимодействии колеса с грунтом установлено С. А. Алферовым [1977]. Оно использовалось в упрощенном виде:

D ; с

'г,-17 Я0/ 0 -/-iSy-

' \ 1 ' / i '

; лт:- - !

-1

-0,8 -0,6 -0,4 U

-0,2 0

Рис. 10 .Годограф АФХ САР без запаздывания (1) и с запаздыванием г (2), когда г =1 с, Ts- 2 с, к0= 0,45

Му =

V1"

ту[-1 + '

/(са + 1-е)

О.

е>1

'(са+1-1/ву

где са - экспериментальный коэффициент; е ~-со^Р/сои\ Р - передаточное отношение; тмаксимальный крутящий момент на ведомом валу, который определяется экспериментальным путем.

Другая проблема расчета трансмиссии состоит в определении внешних нагрузок, действующих на рабочие органы и ходовую часть. Для ее решения поток растений рассматривался как материальная сплошная, деформируемая среда (рис. 11). В соответствии с законами Ньютона, результирующая сила Ё, действующая на рабочий орган, мощность N и крутящий момент М внешних сил определяются по выражениям:

Р = -1р(1а-, Ы=\рйс1о\ Мсо=И, I I

где Е- внешняя контрольная поверхность области О потока за исключением поверхности контакта с рассматриваемым рабочим органом; р - плотность поверхностных сил (напряжений) на внешней, контрольной поверхности Е; со - угловая скорость вала привода рабочего органа; й - скорость сплошной среды в точке на контрольной поверхности Е-

Плотность поверхност- Рис, 11. Поток растений Д ограниченный

ных сил определялась из контрольной поверхностью £

уравнений сохранений массы, импульса и механической энергии для установившегося движения сплошной среды в области В:

\ ри ¿а = 0;

I "

/ рии (1а= / рР' (¡т+ \ рйа\ —

I £» I /

[ (р(й2/2 + = \ рРЫт+ \ рЫа,

I О I . '

где р - плотность сплошной среды в точке; и„ - проекция скорости сплошной среды в точке на внешнюю нормаль к поверхности области; р„ - нормальное напряжение (сжатия слоя растений); и - внутренняя энергия на единицу массы сплошной среды; Рт- удельная, на единицу массы, внешняя сила.

На основании принципа Даламбера выведены уравнения движения трансмиссии в режиме автоматического или ручного регулирования. Их можно представить в виде системы уравнений с неизвестными (о0, а)¡, (о5, (»%, а>/7, V, у/

О

'•>0*0 к{)2а0

•¥>1 = =мтРх -Му,

= м5- ми/рн-

15?Р5-Мр/Р0

8 8

^еЬ&=Мв-М/1Р/-Ма/Ра-М171Р17 (2)

^76>п = М17-М(/Р(-Мс/ Рс тх> = /Я- со б /? /(2Л) - эт /?

где

м [щ{\-са1{са+\- Р5а)ь/а0)], Р5й>5/а0<1

5 1 т5[-1+са/(св+1-а>0/(Р5й>,))], Р5в>;/а»1 '

м ¡(сг +\-у1(сахЯ))1 _

м = и8[1-ся/(сд+1-Р8ю8/Ч)], < 1

8 ЧН+си/(са+1-й>5/№®в))], Рг<о%1а>}>\

\т.

17 (/»пН + саЦса + 1 - щ /(/>7<У17))], Л7^17 /®8 > 1' Мн=Й [(О +к)Ясш5соиа/Рц)2/2 - (к/со8г//Р/)2/2+ еспсо} Р//(2жРкрс к/со8г1)]Р11/ш5-, М, = д[(к(г{щ/Р7)2/2-(га«8/Ра)2/2 + -1 - 1п(Р//р„))/Рп\Р;

К = ФаО)а)2И - (у 212) + - 1Г) с)Ра !(о%;

2 I 2

* = *(! + 1(соа2К2) + \1\4п2(\ 4- )2] ;

М,=д(у,2/2 - ч2/2+%Н)Р, /а,г, Мс=ес \мпаРс |вт (о)п1/Рс)\/(2о),7рсН)-, Ке= Щ(ж/6);

Др=[1-0)1 Ро Р1 /(«¡¡Кг Щу)]/аг < АРтса=20,6 К)6 Па;

Мр = [1-0), Р0 Р, КщКк ]цр/(2паг);

Мт - [ 1-0), Ри Р, 1(й)г^я ] цт/(2каг);

(к0¡±(,2 т)(Оо< Ртах =147000 Вт; Мр<щ/Рп<Рет= 110000 Вт;

цт~89 1(1° м3; а,=0,006 1/мПа=0,б 1СГ8 1/Па ; </„ = Ке qm Щу.

Здесь о*/, о),, а5,щ, а>п - угловые скорости коленчатого вала дизеля, ведущих колес комбайна, ведомых шкивов 5, 8, 17, рад/с (рис. 6); Ра Р,, Р5, Р&, Р17, Рс, Ра, Р/, Рн - передаточные отношения; т — масса комбайна с жаткой, кг;

10 - момент инерции маховика дизеля, муфты сцепления, шкива 4, гидронасоса, приведенный к валу шкива 4, кг м2;

I, - момент инерции комбайна с кукурузной жаткой, приведенный к оси вращения ведущих колес, кг м2;

15 - момент инерции шкивов 5, 7, редуктора 6, измельчающе-швыряющего барабана 11, приведенный к оси вращения шкива 5, кг м2;

-момент инерции шкива 8, коробки передач 9, вальцов питающего аппарата 10, шнека 12, шкива 16, приведенный к оси вращения шкива 8, кг м2;

1п -момент инерции шкива 17, режущего аппарата кукурузной жатки, цепочно-планчатого транспортера, приведенный к оси вращения шкива 17, кг м2;

Мс,М1,Ма, Mf, М/, - крутящие моменты внешних сил срезания растений кукурузной жаткой, транспортирования растений цепочно-планчатым транспортером, шнеком жатки, сжатия растений в питающем аппарате, измельчения на валах вращения механизма качающейся шайбы, привода транспортера, шнека, гладкого вальца, барабана соответственно, Н м;

Мр,Мт - крутящие моменты на валах насоса и мотора ГСТ, Н м; «ь ти - максимальные передаваемые моменты сил в клинорсменных передачах с ведомыми шкивами 5, 8,17, Н м;

км, ко2 -размерные коэффициенты, определенные по паспортным данным дизеля, Нм,Нм с/рад;

Я - радиус ведущего колеса комбайна, м;

/4, ^-коэффициенты трения - скольжения и трения - качения (м) колес с почвой;

Р - угол наклона комбайна относительно горизонтальной плоскости (характеристика рельефа поля), рад;

м> - ширина захвата кукурузной (травяной) жатки сплошного среза, м; V, VI, - текущая и нейтральная скорости комбайна, м/с; а, ат - текущая и средняя урожайность кукурузы (люпина), кг/м2; Я - высота стеблей, м;

ес -удельная работа резания одного стебля кукурузы или растения, Дж/м2;

g - ускорение свободного падения тела, м/с2;

V, - скорость цепочно-планчатого транспортера жатки, м/с;

Я, - высота шпека жатки над поверхностью поля, м;

га - наибольший радиус витка шнека жатки, м;

гт - наименьший радиус витка шнека жатки, м;

ка - средний шаг витка шнека жатки, м;

На, р - коэффициенты трения растений с полотном цепочно-планчатог о транспортера и со стальной поверхностью;

I/ - длина вальцов питающего аппарата (ширина приемной горловины измельчителя), м;

гу - радиус гладкого нижнего вальца питающего аппарата, м; ку~ коэффициент скольжения слоя растений между вальцами; Рс> Рп, Р{- плотности стебля, несжатого и сжатого слоя растений между вальцами питающего аппарата, кг/м3; 1

Е - модуль упругости слоя стеблей при поперечном сжатии, н/м2; Я, - радиус барабана измельчающе-швыряющего аппарата, м; а - угол установки подножевых пластин, рад; п - число ножей на окружности барабана; Iс - расче I ная длина резки, м;

к - коэффициент восстановления скорости при ударе частицы о поверхность подножевой пластины и ножа;

ц/- угол поворота рычага управления производительностью насоса гидростатической трансмиссии ходовой части, рад;

г, х - время и время запаздывания в САР, с;

К ~3,11р , м/(с рад); 1Р~1 или ¿р=У;

Т;=0,25 с;

Т5 - постоянная времени исполнительного механизма, с;

к0 - общий коэффициент усиления звеньев, связанный с настроечным параметром ^зависимостью (1).

Учет влияния САР производительности растений осуществляется за счет последнего уравнения, когда коэффициент к0 усиления не равен нулю. При нулевом значении коэффициента угол у/ поворота рычага управления производительностью насоса ГСТ не изменяется, если его начальная угловая скорость нулевая.

Управляющее воздействие в данной модели - производительность, линейно связанная с урожайностью. В качестве управляющего воздействия можно использовать частоту вращения коленчатого вала дизеля. Никаких принципиальных изменений в систему уравнений (2) вносить не придется. Изменится только последнее уравнение . Для этого достаточно установить уравнение связи между углом поворота рычага управления производительностью насоса ГСТ и частотой вращения коленчатого вала, которое зависит от устройств датчика и исполнительного механизма. В математическом плане задача упростится, а точность решения возрастет, поскольку в САР не будет запаздывания.

В четвертой главе «Экспериментальные исследования и моделирование экспериментов» приводятся результаты натурных и имитационных экспериментов и испытаний. В главе поставлены и решены две задачи. Первая задача имеет цель установить адекватность компьютерной модели кормоуборочного комбайна, алгоритмы которой представлены в главах 2,3 экспериментальным путем. Вторая задача состоит в обосновании рациональных параметров измельчающих аппаратов, параметров ротационного режущего аппарата и проверка настроечного параметра САР подачи растений с помощью компьютерной модели.

Экспериментальные исследования движения отдельной частицы в барабане цилиндрического измельчителя проводили К. Кромер в Германии (К. Кгошег, 1969) и Ю.В. Хоменко в лаборатории кормоуборочных комбайнов в ВИСХОМе (1965). Для этого одну из боковых стенок измельчителя снимали, и процесс записывал^ скоростной кинокамерой. При моделировании движения частицы в измельчителях необходимо знать коэффициенты восстановления скорости при ударе и мгновенного трения частицы по стали. Нами использованы данные, полученные Ю.В. Хоменко при помощи стробоскопической фотосъемки удара частицы стебля кукурузы по стальной пластинке. На рис. 12 показаны экспериментальные и расчетные координаты отдельной частицы в моменты времени срезания и движения ее в барабане. Можно видеть, что алгоритм движения отдельной частицы растений в камере цилиндрического измсльчаю-ще-швыряющего аппарата адекватен. Расхождения между траекториями и по-

ложениями частиц через равные промежутки времени в натурных и имитационных экспериментах различаются не более чем на 5-10%.

В связи с тем, что стеблевая и листовая части кукурузы имеют разные свойства и срезаются из разных мест слоя, имеет место значительный разброс траекторий движения их частиц.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили правильность теоретических расчетов траекторий движения частиц при вылете из барабана и отклонение их от плоскости вращения при наклонном резании (рис. 13). Установлено, что уравнения связи между мощностью, требуемой для измельчения, расчетной длиной резки и подачей, адекватны. Расхождение между данными эксперимента и теоретическими результатами не превышает 10%. Полученные результаты дают основание использовать модель для расчета рациональных параметров. Графический интерфейс модели позволяет выбирать функции и переменные графиков из списков. В список функций включены удельная энергоемкость, мощность, требуемая для измельчения, силы, действующие на вал и нож барабана, и другие; в список переменных - угол поворота, радиус, частота вращения барабана, передний угол ножа, угол наклона лезвия ножа, расчетная длина резки и другие.

Изучение движения частиц показало, что цилиндрический измельчающий аппа- стебля кукурузы после отрезания рат без транспортирующих элементов не ее плоским ножом 2 с подпором обеспечивает выброс растений в выгрузное противорежущим брусом 3 на окно и, как следствие, возможно его заби- модели (слева) и в экспериментах вание, если свойства растений таковы, что Ю.В Хоменко (справа) коэффициенты восстановления скорости (к=0,32; ¡1=0,25) при ударе и трения превышают 0,2. В этом

плане выгоднее цилиндрические измельчающе-швыряющие аппараты. В условиях измельчения растений влажностью 80-85% только они обеспечивают своевременный выброс частиц из камеры и надлежащее качество процесса.

Минимальный радиус, обеспечивающий резание без трения слоя по спинке ножа, зависит от трех независимых величин: переднего угла ак ножа, ширины Wb спинки ножа и произведения числа ножей на окружности барабана и расчетной длины резки щ1с.{см. рис. 2). Минимально допустимая ширина спинки

1 V ! он ' !

V ° ' / I т

с sjM

v; ° 7 1 Ws

• \\ О jr^- ■4-1шшт

/ • • ■V Щ

• 0 ■ , •Ш

Рис. 12 Движение частицы 1

ножа назначается из условия прочности (Шь > 90 мм). Передний угол ножа целесообразно устанавливать максимальным. Это уменьшает выкрашиваемость лезвия при минимальном угле заточки ножа 20-25° и минимизирует энергозатраты на удар ножа со слоем.

Найдем минимально допустимый радиус барабана измельчающе-швыряющего аппарата, когда ак= 67,5 т=П0ммк ак=б7,5°, 1¥ь=90 мм. В первом случае, когда максимальная расчетная длина резки равна 30 -35 мм, а число ножей - 12, минимальное значение радиуса равно 290-340 мм, а во втором случае -270-290мм (рис. 14). Рис. 13. Вылет частиц из измельчающего ап-

Увеличение числа секций парата в эксперименте и при расчете позволяет увеличить среднее значение переднего угла и уменьшить интервал варьирования угла г наклона лезвия ножа в пределах одной секции плосконожевого барабана, обеспечивающего непрерывное резание (рис. 15). Многолетний опыт эксплуатации ножевых барабанов доказывает, что рациональные значения этих углов находятся в пределах ак-60Р-67,5°, т= 15-2(Р. Если число секций не меньше 4, то разность между максимальным и минимальным углами наклона лезвия ножа не

Превышает 2°-3°, при Минимальный Радиус 13 барабана, ми этом передний угол 5001 - : / \

ножа на всем участке резания остается не меньше Только в этом случае обеспечивается условие рационального резания. Конструирование барабана с двумя секциями приводит к тому, что минимальное значение

Минимальный Радиус барабана Я м _

500 1 ооо

дг Длина резки* Число ножей, ми * шт

500 1 ооо ,

Длина резки * Число ножей, мм ' ця

Рис. 14. Зависимости минимального радиуса барабана от 1С пк, когда Шь = 90 мм (а) и 1¥ь- 110 мм (б)

переднего угла становится критическим (около 50°). Непрерывное резание од-носекционным барабаном практически невозможно из-за недопустимого минимального переднего угла ножа (меньше 4СР). Следовательно, чегырехсекци-онный плосконожевой барабан обеспечит рациональное измельчение при надлежащем выборе длины Ь и радиуса Я барабана. Условие непрерывного резания позволяет найти зависимость отношения Ь/Я от числа секций барабана при заданном максимальном числе ножей на окружности (рис. 16). Можно видеть, что выбор рациональных параметров I и Я неоднозначен и продиктован требованиями к конструкции, в частности, минимизацией металлоемкости или объе-

ма барабана. В одном случае надо исходить из минимума радиуса, в другом -из минимума длины.

При минимально допустимом радиусе 315 мм ( (290+ 340)/2) длина четы-

рехсекционного двенадцати-ножевого барабана равна 730 мм, а угол т наклона лезвия заключен в пределах 12°-Н<Р. Расчеты показали, что барабан с найденными рациональными параметрами способен обеспечить производительность на уборке кукурузы и мелкой резке 5 мм до 31 кг/с. Для измельчения потребуется мощность до 210 кВт или энерго-

Миммальиьм углы аки1аи, град

60 50 40 30 20 10

3

Минимальные углы ак и Ьш, град

2 3 4 6 6 7 Число еахций барабана

\б

3 4 5 6 7 Число секций барабана

Рис. 15. Зависимости минимальных переднего угла а*, и угла х наклона лезвия ножа от числа секций, когда (а) и хтса=150(б)

Длина/Радиус барабана Ш

средство мощностью до 350 кВт. Превышение производительности приведет к нарушению рационального резания из-за большой толщины слоя, который не пройдет между ножами. Если радиус равен 375 мм, то рациональная длина че-тырехсекционного двенадцатиножевого барабана равна 750 мм, когда угол г наклона лезвия заключен в пределах 13-1 г, а односекционного - 640мм, когда г заключен в пределах 13-24°. Удельная энергоёмкость измельчения в среднем практически не зависит от угла наклона лезвия и уменьшается с увеличением переднего угла наклона ножа. В первом варианте она примерно на 5-10% меньше, чем в других.

На энергоемкость влияют и свойства растений. При уменьшении коэффициента восстановления от 0,3 до 0 затраты энергии на измельчение растений снижаются на 20% и более. Поэтому покрытие рабочей поверхности ножей и подножевых пластин материалом, снижающим упругий эффект удара, например, пластиком, позволит уменьшить удельный расход горючего на 5% и более.

Модель дискового измельчителя позволяет исследовать движение частиц при различном расположении приемной горловины, построить графики выбранной функции от выбранной переменной и определить рациональные параметры, обеспечивающие резание без трения слоя со спинкой ножа и минимальный радиус ножа при прочих равных условиях. Если минимальная скорость резания (11,8 м/с) и пропускная способность (14,8 кг/с), то есть площади поперечного сечения горловин, одинаковы, то условие резание слоя одним ножом приводит к увеличению размеров дискового аппара та, потребной мощности на резание и удар (с 33,7 до 65,7 кВт) и

2 3 4 5 6 7 Число секций барабана

Рис. 16. Зависимости ¿/К от числа секций при разных максимальных углах т наклона лезвия, когда в секции установлено 12 ножей

ухудшению условий выброса частиц в вертикально расположенный выгрузной трубопровод (рис. 17).

Рис. 17. Частицы в моменты резания слоя (1) и вылета из камеры (2) и зависимости рациональных длины Ь, высоты Н горловины, радиуса ножа от расчетной длины резки, когда слой перерезается одним ножом (а) и несколькими (б)

Решение задачи поиска рациональных параметров роторного измельчителя, поставленной в главе 2, указывает на то, что удельная энергоемкость/резания с ударом при заданных и постоянных значениях скорости vt резания, средней высоты травостоя Н до и Иа1. после резания, показателей свойств растений зависит только от числа щ ножей на окружности ротора, радиуса Д и скорости V движения. Если высота травостоя до и после резания заданы, то длина / резки зависит от Л, ус, у и щ. При этом одинаковая максимальная длина резки может достигаться при разном сочетании значений указанных величин. Для выбора конкретного варианта, обеспечивающего минимум величины/, в расчете рациональных параметров необходимо учитывать ограничения на радиус, скорости движения и резания и на число ножей. Так как энергоемкость уменьшается с увеличением радиуса и скорости поступательного движения и с уменьшением числа ножей, то ее минимум достигается на границе области ограничений. Результаты расчета рациональных параметров при заданных ограничениях представляются в виде Сводного отчета с указанием рациональных параметров, а также в графическом виде, когда число ножей - аргумент (рис. 18). Рациональная ширина Ь захвата роторного измельчителя при заданной урожайности а и зависящей от мощности энергосредства производительности q определяется по рациональной скорости V движения ( Ь-д/^а]). Соотношение между длиной ножа и радиусом подвеса зависит от момента инерции ножа и дано в главе 2.

В условиях эксплуатации высота травостоя непостоянна. Поэтому заданную максимальную длину резки и одновременно загрузку энергосредства мож-

но обеспечить за счет автоматического регулирования скорости движения и ширины захвата. Модель позволяет определить закон управления скоростью и шириной захвата в каждый момент времени в зависимости от высоты травостоя. Если же ширина захвата постоянна, то регулировать можно либо загрузку энергосредства, либо максимальную длину резки, что приводит либо к незагруженности энергосредства, либо к несоблюдению требований на длину резки (рис 18, б).

ГУГО, и/н, Нг/Н, чмз (ГО=1 кВт с/кг; Н= 450 ми, у0= 1 м/с ) 3

V, м1с [пк=6, тс= 40.1 м/с; 1= 76 мм] 14{

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Число ножей

200 300 400 Высота травостоя, мм

Рис. 18. Зависимости/?, высоты ротора Нп V от пк, когда Н = 450 мм, Нт 40 мм, V < 3 м/с, I < 76 мм (а) и\отН, когда Р = 19 кВт, 1 < 76 мм, «*= б, ус= 47 м/с (б)

Для проверки адекватности компьютерной модели ротационного режущего аппарата проводились экспериментальные исследования на стенде (рис 19) и статистическая обработка результатов полевых испытаний косилки.

Рис. 19. Схема стенда ротационного режущего аппарата при наблюдении сбоку (а) и сверху (б): 1-ротор, 2-вал; 3-нож; 4-магнитный датчик, 5-прижимная муфта; 6-градуированное кольцо; 7-электромагнит; 8-рычаг; 9-электродвигатель; 10-тахогенератор; 1 ¡-тахометр; 12-каретка; 13-электромагнит; 14-индук-ционный датчик; 15- пружина; 16-ограничитель; 17-указательная стрелка

С помощью адекватной модели рассмотрен вопрос обоснования параметров ротационного режущего аппарата: радиуса, угловой скорости вращения, расстояний между роторами и подачи на нож. Для этого предназначен алгоритм расчета рациональных параметров, сформулированный в главе 2.

Рациональные значения радиуса R и частоты п вращения ротора, обеспечивающие минимальную площадь пересечения участков, скашиваемых ножами на соседних роторах и минимальную удельную мощность Р, требуемую для резания и удара (кВт/м), зависят от скорости v движения, скорости vL резания и подачи h на нож 0=й) (рис. 20).

WR0,, nlnO, PIPO при »¿Оки, Ve-60.0 и/с 1 RIBO, nínO Pin при f 20 им, Ve 80Я Me RÍR0 Шло PIPO при «= 40 им. Ve- 80.0 м/с

Рис. 20. Зависимости R/Ro, п/щ, Р/Ро от v, когда на роторе установлено два ножа и s =40мм, vc=60m/c (а); s=20 мм, vL=60 м/с (б) и s -40 мм, vc=80 м/с (в); R(f=0,1 м; Па=Ю00 об/мин; Ро—1 кВт/м

Увеличение скорости резания не влияет на рациональную частоту вращения и при постоянной подаче па нож приводит к увеличению радиуса (рис. 20). Влияние на рациональные параметры числа ножей и подачи на нож аналогичны.

Неровности рельефа поля, изменчивость свойств растений (плотности, урожайности на единицу высоты травостоя и др.) влияют на удельные энергозатраты режущего аппарата. Если потребная мощность в рациональном режиме движения косилки максимальная и скорости резания и радиус ротора во время кошения не должны изменяться, то рациональные параметры режущего аппарата, а именно, частота вращения, подача на нож, скорость движения и расстояние L между осями двух соседних роторов на разных культурах и при различной урожайности различны. Следовательно, при эксплуатации эти параметры необходимо регулировать так, чтобы стабилизировать мощность и скорое гь резания (ниже показано, что изменением величины L при постоянном радиусе можно пренебречь). При этом длина режущей кромки ножа должна устанавливаться с запасом. Если скорость движения изменяется случайно из-за изменений рельефа поля, в этом случае необходимо регулировать частоту вращения так, чтобы стабилизировать скорость резания и обеспечить кошение без пропусков. Обоснование законов регулирования дано в главе 2. Оба закона регулирования иллюстрируются на рис. 21, где рациональный радиус равен 275,6мм, скорость резания 80 м/с и потребная мощность па кошение для первого закона -3,0 кВт/м (показатели свойств растений - удельные энергозатраты е на резание стебля, коэффициенты восстановления скорости k и мгновенного трения ц при ударе, урожайность на единицу высоты стеблестоя а/Н, плотность рс растений -влияют на диапазоны регулирования). | рос национальная !

I БИБЛИОТЕКА I | ' С. Петербург I ' О» МО «г I

sisO, nínO, v/vO, LÍR (R-276 мм, P» ЗЯ кВт/м) (s010 мн; n0=1000 öS/мин; vO-1 м/с)

Akvflj

, .l/R:

■П/Щ

Закон регулирования nfnO при R» 276 ми (КИЮ ми; пО-ИООО об/мин; Р[кВт(м], Р1[квт])

1520263036404550556066707580 Урожайность, -rira

2 3 4 5 6 7 Скорость движения, Mfc

Рис. 21. Зависимости s/sq, v/v0, п/по, L/R для двух роторов от урожайности, когда vc=80 м/с, е= 10 кДж/м2 (а) и s/so, п/щ, удельной мощности Р и мощности Pi на ротор от v, когда а=40 т/га (б)

Цель компьютерного моделирования при исследовании трансмиссии кор-моуборочного комбайна в режиме автоматического регулирования (САР) подачи состояла в обосновании настроечных параметров САР, а именно, коэффициента общего усиления к», по которому определяется настроечный параметр датчика, и постоянной времени запаздывания Т] (времени хода штока гидроцилиндра исполнительного механизма при максимальном смещении плунжера золотника). Проверка адекватности модели строилась на сравнении расчетных и экспериментальных крутящих моментов на валах привода рабочих органов и насоса гидростатической трансмиссии ходовой части, а также сравнении балансов энергозатрат (таблица 1).

1. Экспериментальный и расчетный балансы потребления энергии комбайном КС К-100А на кошении с измельчением люпина в нерегулируемом режиме___

Показатель Экспериментальное значение Теоретическое значение

Скорость движения, м/с 1,5 1,5

Производительность, кг/с 17,4 17,4

Теоретическая длина резки, мм 10 10

Мощность двигателя, кВт (%) - 147 (100) 147(100)

Частота вращения вала двигателя, об/мин 2200 2160

Эффективная мощность двигателя, кВт (%) 111,6 (75,9) 107,8 (73,3)

Мощность, передаваемая насосом ГСТ ходовой части, кВт (%) 23,1 (15,7) 18,7(12,7)

Мощность, соответствующая работе, совершаемой крутящим моментом на валу контрпривода рабочих органов, кВт 88,5 (60,2) 89,1 (60,6)

Расхождение между расчетными и экспериментальными данными не превышает 5%. При этом на энергоемкость измельчения существенно влияет удельная работа ес резания растения. Ее увеличение на 10 % увеличивает долю затрат энергии на привод рабочих органов в балансе примерно на 3%.

Возмущение задавалось ступенчатой, импульсной (ступенчато-волновой) и гармонической функциями зависимости урожайности от пробега комбайна (рис. 22).

Производительность, talc

Производительность, KTfc

О 20 40 во 80 10 _Время, с

а i— 1 к- 2 1

20 № 60 80 10

Прои»одит«льность, KrfC

21 20 19 18 17! 16 16 14-

Произеодитольностъ, кгГс

б ЕЕоЗ==Х] \в I— iT^'

80 80 1«

Jit ш

№

0 2 4 6 8 10 12 141618 2С Врця.с

г I— 'I—12 1

Рис. 22. Производительность при постоянной урожайности (а), скачке (б), импульсе (в), гармонических колебаниях (г) урожайности на первой и второй передачах в нерегулируемом режиме

Рассматривались переходные процессы стабилизации производительности, угловых скоростей и крутящих моментов на коленчатом валу, валу контрпривода, валах привода измельчающего, питающего аппаратов и других рабочих органов при всех видах возмущений, разных коэффициента к0 усиления и времени г запаздывания (рис. 23). Установлено, что автоматическое регулирование при ступенчатом возмущении и коэффициенте усиления 0,45 позволяет уменьшить при равной производительности работу момента на коленчатом валу на 4%-7%.

Момент на кол валу, н и

а Е

I 16 20 29 за 0 5 10 15 20 26 3Q 0 в 10 19 2 Зремя, с Время, с Время, с

EFT3 б le F=~n=]

Момент на кол валу, нм

0 б 10 18 20 26 Время, с

: 1 f—- ■> 1 i

Рис. 23. Крутящий момент на коленчатом валу при скачке урожайности на первой и второй передачах без регулирования (а) и с регулированием, когда т~2 си к0 = 0,45 (б), к0 0,9 (в) и к0 =1,4 (г)

В пятой главе «Хозяйственные испытания и технико-экономический анализ» приведены результаты хозяйственных испытаний системы автоматического регулирования производительности при установке ее на самоходном кормо-уборочном комбайне КСК-100А, дана оценка ее экономической эффективности.

Проверка эффективности САР производительности осуществлялась путем сравнения показателей работы комбайна в ручном и автоматическом режимах работы. Установлено, что при коэффициенте усиления 0,44 и времени исполнительного механизма 2 с математические ожидания и стандартные отклонения величины крутящего момента на валу муфты сцепления уменьшаются с 492 до 452 Н м и с 53,3 до 43,3 Н м соответственно, откуда можно определить коэффициент стабилизации по моменту 1,14. При этом эксплуатационная производительность комбайна увеличилась с 1,6 до 1,8 кг/с, что послужило источником для технико-экономической оценки эффективности САР производительности. Экономический эффект на машину в год равен разности между затратами, получаемыми при эксплуатации машины без и с системой автоматического регулирования. Только на кошении кукурузы с производительностью 40,1 т/ч при загрузке комбайна, равной 170 ч/год, он равен 29995 рублей на машину в год.

На основе результатов исследования цилиндрических измельчителей в ВИСХОМ разработан цилиндрический измельчающе-швыряющий аппарат (рис. 24) с рациональными параметрами (радиус 315 мм, длина 730 мм, число секций - 4, угол наклона ножей 12-16°). Он установлен на опытном образце самоходного кормоуборочного комбайна «Енисей-324».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые компьютерные модели и технические средства, обеспечивающие повышение технико-экономического уровня кормоуборочных машин (КМ).

1. Выявлено, что основной причиной недостаточной эффективности работы КМ являются нарушения их технологического процесса, вызванные неравномерностью подачи растительной массы в машину, возникновением ненормальных режимов работы её трансмиссии и рабочих органов, а также простоями КМ. 4 Существующие методы и средства управления технологическим процессом таких машин недостаточно совершенны и не отвечают современным техническим , требованиям.

2. Разработаны компьютерные модели технологических режимов измельчения и резания растительной массы, позволяющие выявлять их нарушения (связанные с забиванием измельчителей) и определять законы управления рациональными режимами измельчения и резания;

3. Разработаны компьютерные модели для расчета и обоснования конструктивных и технологических параметров наиболее энергоемкого рабочего органа -измельчителя (различных типов), определяющие их взаимосвязь с энергоемкостью измельчения, длиной резки и характеристиками растений (удельной энер-

Рис. 24. Цилиндрический из-мельчающе- швыряющий аппарат

гоемкостью резания, плотностью, коэффициентами восстановления скорости и мгновенного трения частиц при соударении их с ножом и др.).

4. Разработаны компьютерные модели Динамического расчета трансмиссии (рабочих органов и ходовой части) машины, позволяющие определять баланса энергозатрат КМ и зависимости динамических нагрузок в трансмиссии от величины подачи растительной массы, длины и характеристик растений и др.

5. Разработан цилиндрический измельчитель растительной массы с рациональными параметрами. При мощности энергосредства до 350 кВт рациональное резание обеспечивается плосконожевым барабаном радиусом 315 мм, длиной 730 мм, состоящим из 4 секций по 12 ножей в секции, установленных с переменным передним углом от 6СР до 67°, а лезвия расположены под изменяющимся от 12 до 76й углом наклона к цилиндрической образующей поверхности барабана. Такой измельчитель способен обеспечить расчетную производтель-ность до 31 кг/с при кошении кукурузы.

6. Разработана система автоматического регулирования подачи растительной массы в машину, имеющая общий коэффициент усиления её звеньев, равным 0,45 и постоянную времени исполнительного механизма равную 2с.

7. Использование предложенных компьютерных моделей и на их основе разработанных измельчителей, системы автоматического регулирования позволяют повысить производительность машин до 10 %. Созданные измельчающие аппараты прошли государственные испытания на кормоуборочном комбайне «Ени-сей-324», а автоматическая система была апрбирована на комбайне КСК-ЮОА. По результатам испытаний установлено, что разработанные средсгва позволяют облегчить и улучшить условия труда оператора и получить годовой технико-экономический эффект 29995 рублей на машину.

Основное содержание диссертации опубликовано в paöoiax:

1. Обоснование формы отверстий рекатгера по критерию оптимизации измельчающих аппаратов //Сб. науч. тр. ВНИИКОМЖ.- М., 1980.-№ 2.

2. Исследование параметров рекатгера методами регрессионного анализа // Сб. науч. тр. ВНИИКОМЖ.-М., 1980.- № 3.

3. A.c. № 753392. Измельчающий аппарат/ БИ № 29, 1980 (Резник Н.Е., Белов М.И., Корольчук В.Э.)

4. Влияние формы и размера отверстий рскаттера на качество измельчения //Механизация и электрификация сельского хозяйства. М.: 1981, № 8.

5. Расчет длины резки и методика выбора рациональной формы отверешй рекаттера./ Сб. науч. тр. ВНИИКОМЖ.-М., 1981.-№ 3.

6. Методика определения длины резки растительного материала расчетным путем //Тракторы и сельхозмашины. М., 1981.- № 12.

7. Использование рекаттеров в измельчающих аппаратах кормоуборочных машин // Труды ВНИИКОМЖ.-М., 1981.

8. Использование рекаттеров для измельчения кукурузы //Механизация и электрификация сельского хозяйства.-М., 1983.-№ 1.

9. Использование рекаттеров для измельчения стеблей хлопчатника // Механизация и электрификация сельского хозяйства.-М., 1985.-№ 2. (Чепурной А.И., Белов М.И. и др.).

10. Перспективные измельчающие аппараты кормоуборочных комбайнов // Тракторы и сельхозмашины.-М., 1985.-№ 5. (Белов М.И., Чепурной А.И.).

11. А.с.№ 1159511. Измельчающий аппарат/БИ№ 21, 1985 (Корольчук В.Э., Сцепуржинский Д.В., Чепурной А.И., Валиев М.В., Белов М.И., Шапкин Н.В.).

12. Наклон противорежущей кромки и скорость резания при измельчении стеблей хлопчатника //Механизация и электрификация сельского хозяйства.-М., « 1985.-№ 9 (Чепурной А.И., Белов М.И., Валиев М.В., Губайдулин Ф.Н.).

13. Теория и расчет цилиндрического измельчающего аппарата //Тракторы и сельхозмашины.-М., 198б.-№ 4 (деп).

14. Методика расчета цилиндрического измельчающего аппарата //Тракторы и сельхозмашины.М., 1986.- № 4.

15. Анализ схем кормоуборочных машин //Тракторы и сельхозмашины.-М., 1986.-№ 6 (Белов М.И., Чепурной А.И.).

16. Экспериментальное исследование параметров ротационного режущего аппарата //Труды ВНИИКОМЖ.-М., 1986 (Белов М.И., Смирнов Г. А., Горбачевский Д.Г.).

17. А.с. № 1242036. Гидравлическая система самоходного комбайна / БИ № 25, 1986 (Чепурной А.И., Шапкин Н.В., Белов М.И., Сцепуржинский Д.В.).

18. Теория и расчет дискового измельчающего аппарата // БУ ВИНИТИ, №

I (183), 1987.

19. Теория и расчет роторного измельчающего аппарата // БУ ВИНИТИ, №

II (193), 1987.

20. Теоретическое обоснование оптимального профиля транспортирующего органа сельхозмашин // БУ ВИНИТИ, № 11 (193), 1988.

21. Теория и расчет ротационного режущего аппарата // БУ ВИНИТИ, № И (193), 1988.

22. Пакет программ исследования рабочих органов кормоуборочного комбайна на ПК // Госфонд алгоритмов и программ, Рег. № 50930000169,1992.

23. Математическая модель и оптимальный режим работы сегментно-пальцевого режущего аппарата //Труды ВНИИКОМЖ.-М., 1992 (Жуков В.П., Белов М.И., Большаков С.И.).

24. Имитационная модель и автоматизированный расчет швырково-ппевматического транспортера //Труды ВНИИКОМЖ.-М., 1992 (Жуков В.П., » Белов М.И.). '

25. Динамика блочно-модульного самоходного картофелеуборочного комбайна БМСК-4К //Тракторы и сельхозмашины.-М., 1998.-X» 6 (Славкин В.И., Белов М.И.)

26 Математическая модель измельчения растений //Тракторы и сельхозмашины.-М., 2000.-№ 7.

27. Динамика системы регулирования подачи растительной массы самоходного кормоуборочного комбайна КСК-1ООА //Тракторы и сельхозмаши-ны.-М., 2002.-№ 3 (Славкин В.И., Белов М.И., Пронин В.Ю.).

28. Самоходный кормоуборочный комбайн КСК-1 ООА как объект системы регулирования подачи растительной массы //Современные технологии, средст-

ва механизации и технического обслуживания в АПК: Сб. науч. тр. Всеросс. науч.-техн. конф., г. Саранск, 2002 (Славкин В.И., Белов М.И., Пронин В.Ю.)

29. Модель и экспериментальное исследование ротационного режущего аппарата //Тракторы и седьхозмашины.-М., 2003.-№ 12 (Ерохин М.Н., Белов М.И., Судник Ю.А.).

30. Дисковый измельчающе - швыряющий аппарат и его расчет //Тракторы и сельхозмашины.-М., 2004.- сдана в печать (Чепурной А.И., Белов М.И.)

Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии Московского государственного агроинженерного университета имени В.П.Горячкина.

Подписано в печать 29.09.2004 г. Формат 60x84/16 :

Заказ № /&3

Тираж 100 экз. Объем уч.-изд.л

127550, Москва, Тимирязевская, 58 Издательская лицензия ЛР №040374 от 03.04.1997 г.

»184 11

РНБ Русский фонд

2005^4 12562

Вводная часть.

Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследования.

1.1. Схема кормоуборочного комбайна и функции рабочих органов.

1.1.1. Технологический процесс.

1.1.2. Жатки.

1.1.3. Питающие аппараты.

1.1.4. Измельчающие аппараты.

1.1.5. Схема кормоуборочного комбайна.

1.2. Состояние проблемы.

1.3. Цели и задачи исследования.

1.4. Выводы по главе 1.

Глава 2. Технологический расчет рабочих органов.

2.1 Измельчающие аппараты.

2.1.1. Цилиндрические.

2.1.2. Дисковые.

2.1.3. Роторные.

2.2. Ротационные режущие аппараты.

2.3. Выводы по главе 2.

Глава 3. Динамика привода и регулирование подачи растений.

3.1. Обозначения и исходные данные.

3.2. Нежесткие связи в приводе комбайна.

3.2.1. Клиноременная передача.

3.2.2 Связь между колесом и почвой.

3.2.3. Гидростатическая трансмиссия ходовой части.

3.3. Внешние нагрузки.

3.3.1. Режущий аппарат жатки.

3.3.2. Цепочно-планчатый транспортер жатки.

3.3.3. Шнек жатки.

3.3.4. Питающий аппарат.

3.3.5. Измельчающий аппарат.

3.4. Автоматическое регулирование подачи растений.

3.5. Уравнения динамики привода.

3.6. Устойчивость решения системы дифференциальных уравнений.

3.7. Выводы по главе 3.

Глава 4. Экспериментальные исследования и моделирование эксперимен- 135 тов.

4.1. Цели и задачи.

4.2. Цилиндрические измельчители.

4.3. Дисковый измельчающе-швыряющий аппарат.

4.4. Роторный измельчающе-швыряющий аппарат.

4.5. Ротационный режущий аппарат.

4.6. Трансмиссия.

4.7. Выводы по главе 4.

Глава 5. Хозяйственные испытания и технико-экономический анализ.

5.1. Результаты испытаний комбайна «Енисей-324».

5.2. Испытания системы автоматического регулирования.

5.3 Технико-экономический расчет.

Основные результаты и выводы.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые компьютерные модели и технические средства, обеспечивающие повышение технико-экономического уровня кормоуборочных машин (КМ).

1. Выявлено, что основной причиной недостаточной эффективности работы КМ являются нарушения их технологического процесса, вызванные неравномерностью подачи растительной массы в машину, возникновением ненормальных режимов работы ее трансмиссии и рабочих органов, а также простоями КМ. Существующие методы и средства управления технологическим процессом таких машин недостаточно совершенны и не отвечают современным техническим требованиям.

2. Разработаны компьютерные модели технологических режимов измельчения и резания растительной массы, позволяющие выявлять их нарушения (связанные с забиванием измельчителей) и определять законы управления рациональными режимами измельчения и резания.

3. Разработаны компьютерные модели для расчета и обоснования конструктивных и технологических параметров наиболее энергоемкого рабочего органа — змельчителя (различных типов), определяющие их взаимосвязь с энергоемкостью измельчения, длиной резки и характеристиками растений (удельной энергоемкостью резания, плотностью, коэффициентами восстановления скорости и мгновенного трения частиц при соударении их с ножом и др.).

4. Разработаны компьютерные модели динамического расчета трансмиссии (рабочих органов и ходовой части) машины, позволяющие определять баланс энергозатрат КМ и зависимости динамических нагрузок в трансмиссии от величины подачи растительной массы, длины резки, характеристик растений и др.

5. Разработан цилиндрический измельчитель растительной массы с рациональными параметрами. При мощности энергосредства до 350 кВт рациональное резание обеспечивается плосконожевым барабаном радиусом 315 мм, длиной 730 мм, состоящим из 4 секций по 12 ножей в секции, установленных с переменным передним углом от 6(Р до 67° ,а лезвия расположены под изменяющимся от 12° до углом наклона к цилиндрической образующей поверхности барабана. Такой измельчитель способен обеспечить расчетную производительность до 31 кг/с при кошении кукурузы с мелким измельчением.

6. Разработанная система автоматического регулирования подачи растительной массы в машину, имеющая общий коэффициент усиления ее звеньев, равный 0,45, и постоянную времени исполнительного механизма, равную 2с.

7. Использование предложенных компьютерных моделей и на их основе разработанных измельчителей, системы автоматического регулирования позволяют повысить производительность машин до 10%. Созданные измельчающие аппараты прошли государственные испытания на кормоуборочном комбайне «Енисей-324», а автоматическая система была апробирована на комбайне КСК-100А. По результатам испытаний установлено, что разработанные средства позволяют облегчить и улучшить условия труда оператора и получить годовой технико-экономический эффект 29995 рублей на машину.

1. Алферов С.А. Динамика зерноуборочного комбайна. -М.: Колос, 1977. -256 с.

2. Алферов С.А. Исследование динамики привода зерноуборочного комбайна// Земледельческая механика. М.: Машиностроение, 1966. - Т. 9. С. 4-21.

3. Артоболевский И.И. Основные проблемы современной динамики машин// Механизация и электрификация соц. сел. хоз. 1961. № 5. С. 30-32.

4. Артоболевский И.И., Лощин B.C. Динамика машинных агрегатов на предельных режимах движения. М.: Наука, 1977. - 325 с.

5. Белов М.И. Изыскание и исследование рациональных параметров рекатте-ров измельчающих аппаратов кормоуборочных машин.- Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. канд. техн. наук М.:ВИСХОМ, 1983. -24 с.

6. Белов М.И. Методика определения длины резки растительного материала расчетным путем. //Тракторы и сельхозмашины. 1981. № 12. с.

7. Белов М.И., Чепурной А.И. Анализ схем кормоуборочных машин. //Тракторы и сельхозмашины. 1986. №6.

8. Белов М.И. Математическая модель измельчителя растений. //Тракторы и сельхозмашины. 2000, №7. С. 27-29.

9. Белов М.И., Смирнов Г.А., Горбачевский Д.Г. Экспериментальные исследования параметров ротационного режущего аппарата. //Труды ВНИИКОМ. М., ОНТИВНИИКОМЖ. 1986. с. 11-19

10. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации продовольственных процессов. -М.: Колос, 1977. -328 с.

11. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Филинъ. 1998. - 592 с.

12. Бородин И.Ф., Недилько Н.М. Автоматизация технологических процессов. Учебное пособие для вузов. М.: Агропромиздат. 1986. - 362 с.

13. Босой Е.С. и др. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1978. -568 с.

14. Булгаков В.М. Расчетная математическая модель привода самоходного машинного агрегата. //Совершенствование технологий производства корнеплодов и семян сахарной свеклы. Киев: ВНИС, 1987, с. 111-116.

15. Варламов Г.П. Машины для уборки фруктов. //Машиностроение. Энциклопедия. М., Машиностроение, 1998, с 342-362.

16. Василенко П.М. Теория движения частиц по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин. Киев.: Украинская академия сельскохозяйственных наук, I960.- 283 с.

17. Василенко П.М. Вопросы динамики мобильных машино-тракторных агрегатов// Земледельческая механика: Сб. трудов: М., 1964.- Т.8. С. 38-43.

18. Василенко П.М., Василенко И.И. Автоматизация процессов сельскохозяйственного производства. М.: Колос, 1972.- 574 с.

19. Василенко П.М. Определение кинематических элементов перемещения частицы по стационарным шероховатым поверхностям. //Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1973, №10. с.44-47.

20. Василенко П.М. Определение кинематических элементов перемещения частицы по стационарным шероховатым поверхностям. //Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1973, №11. с.49-51.

21. Верещагин Н.И., Ерохин М.Н. Пути снижения повреждаемости картофеля при механизированной уборке. //Достижения науки и передовой опыт в производство: /Сб. ЦНТИПиР, МСХ РФ. М., 1992.-Вып. 4, с. 1-46.

22. Высоцкий. A.A. Динамометрирование сельскохозяйственных машин. -М., Машиностроение, 1968, 300 с.

23. Горячкин В.П. Собрание сочинений. М.: Колос, 1968. В 3-х тт. -568 с.

24. Гуруцкий H.H. Динамика ножевого барабана кормоуборочного комбайна //Механизация и автоматизация сельского хозяйства. Минск.: Ураджай, 1989, вып.2. С.84-89.

25. Гячев JI.В. Устойчивость движения сельскохозяйственных машин и агрегатов. М.: Машиностроение, 1981, - 206 с.

26. Даскалов А. Автоматическое регулирование поступательной скорости силосоуборочного комбайна КСС-100Т. Сельскохозяйственная техника. София. 1986. № 2.

27. Дмитриченко С.С., Упиров П.П., Климов A.A. Применение методов теории случайных функций для оценки нагруженности трансмиссий тракторов // Тракторы и сельхозмашины. 1977. № I.e. 10-12.

28. Дмитриченко С.С., Завьялов Ю.А. Об определении статических характеристик микропрофилей грунтовых дорог и полей // Тракторы и сельхозмашины. -1983. №5. с. 10-12.

29. Еникеев В.Г. К вопросу моделирования мобильных сельскохозяйственных агрегатов и их систем регулирования// Записки /Ленингр. с.-х. ин-т. Л., 1965. - Т. 96. С. 94-101.

30. Ерохин М.Н., Сорокин A.A., Самойлов В.В. Расчет упругих элементов бескамерного баллона комкодавителя //Прогрессивные способы очистки и восстановления деталей тракторов, автомобилей и сельхозмашин: Сб. науч. тр. /МИИСП.-М., 1984, с.105-108.

31. Жуков В.П., Белов М.И. Имитационная модель и автоматизированный расчет швырково-пневматического транспортера на ПЭВМ. //Труды ВНИИКОМ. М., ОНТИ ВНИИКОМЖ. 1992. № 17.

32. Каталог изделий. Кировоградский завод тракторных гидроагрегатов. 1979.-76 с.

33. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1994.- 751 с.

34. Ковалев Н.Г., Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства). М.: ИК «Родник», 1998.- 208 с.

35. Комбайны самоходные кормоуборочные КСК-100А и КСК-100А-1.-Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Минск: «Полымя», 1987. -448 с.

36. Корн Г. и Корн Т. Справочние по математике. М.: Наука, 1974. - 832 с.

37. Кильчевский H.A. Курс теоретической механики. Т. 1.- М.: Наука, 1972.-456 с.

38. Кильчевский H.A. Курс теоретической механики. Т. 2.- М.: Наука, 1977. 544 с.

39. Ксеневич И.П., Кутьков Г.М. Технологические основы и техническая концепция трактора второго поколения //Тракторы и сельхозмашины.- 1982. № 12. С.31-33.

40. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов.-Л.: Колос, 1970.-376 с.

41. Лурье А.Б., Громбчевский A.A. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин.- Л.: Машиностроение, 1977,- 527 с.

42. Лурье А.Б., Любимов А.И. Широкозахватные почвообрабатывающие машины. Л.: Машиностроение, 1981.-270 с.

43. Малько А. И. Изыскание и исследование средств регулирования технологического процесса картофелеуборочного комбайна.- Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. канд. техн. наук М.:ВИСХОМ, 1967. -24 с.

44. Маркова Е.В., Лисенков А.Н. Планирование эксперимента в условиях не-однородностей. М.: Наука. 1973. - 219 с.

45. Марченко О.С., Орманджи К.С., Шуринов В.А., Жуков. В.П. и др. Машинные технологии заготовки кормов на базе комплекса «Полесье». М.: ВИМ, 1991.76 с.

46. Марченко О.С., Наумов Н.В. Инерционно возвратные поддоны и перфорированные рекаттеры для кормоуборочных машин. Тракторы и сельхозмашины. 1994. №6. с. 19-22

47. МАШИНОСТРОЕНИЕ. Энциклопедия. М.: Машиностроение, 1998. Т. 1У-16. сельскохозяйственные машины и оборудование.720 с.

48. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. JI.: Колос. 1980.

49. Нагорский И.С. Определение динамических характеристик сельскохозяйственных объектов управления с помощью ЭВМ //Вопросы с. х. механики.-Минск.: Урожай, т. 19. с. 151-162.

50. Наконечный И.И., Зангиев A.A. Автоматическое регулирование загрузки силосоуборочного комбайна// Автоматизация сельскохозяйственных машин и технологических процессов. М.: ВИСХОМ. - 1967. С. 102-103.

51. Настенко H.H., Гурарий И.М. Системы автоматического регулирования зерноуборочных комбайнов.- М.: Машиностроения, 1973. 232 с.

52. Нормативно справочный материал для экономической оценки сельскохозяйственной техники. - М., 1980, 297 с.

53. Орлов Н.М. Классификации агрегатов. // Машиностроение. Энциклопедия. М., Машиностроение, 1998, с 92-96.

54. Особов В.И., Васильев Г.К. Сеноуборочные машины и комплексы. М.: Машиностроение, 1983, 290 с.

55. Особов В.И. Тенденции развития самоходных кормоуборочных комбайнов. //Техника и оборудование для села-, 19, с. 28-34

56. Панов И.М. Общие вопросы теории и расчета почвообрабатывающих машин. // Машиностроение. Энциклопедия. М., Машиностроение, 1998, с 121127.

57. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. -М.: Наука, 1979.-384 с.

58. Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины. -М.: Машиностроение, 1984. -320 с.

59. Пономаренко Ю.Ф. Испытания гидропередач. М.: Машиностроение, 1969.-292 с.

60. Понтрягин JI.C. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Наука, 1974.-332 с.

61. Предприятия изготовители сельскохозяйственной техники регионов России, стран СНГ и Балтии. Справочник - М.: ОАО ВНИИКОМЖ, 2001, с. 565.

62. Пронин В.Ю. Разработка и исследование технических средств стабилизации подачи для самоходного кормоуборочного комбайна. Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. к.т.н. - Саранск: МГУ им. Н.П. Огарева, 2001.-21 с.

63. Протокол № 20-79-90 (2101110) от 12 ноября 1990 года государственных периодических испытаний комбайна самоходного кормоуборочного КСК-100А. -Подольская государственная машиноиспытательная станция, Подольск. 1976.

64. Резник Н. Е. Кормоуборочные комбайны. М.: Машиностроение, 1980. -376 с.

65. Резник Н. Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. М.: Машиностроение, 1975. —311 с.

66. Решение о постановке на производство нового изделия «Комбайн самоходный кормоуборочный КСК-100», М., 1977.

67. Русанов А.И., Кленин Н.И., М.А.Пустыгин. Зерноуборочные комбайны. // Машиностроение. Энциклопедия. М., Машиностроение, 1998, с 233-257.

68. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ. М.: Мир, 1980. -456 с.

69. Седов Л. И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1976. -Т. 1. 536 с.

70. Седов Л. И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1976. -Т. 2. 574 с.

71. Сидоренко Ю.А. Оптимизация работы самоходного кормоуборочного комбайна. //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. № 10. с. 14-17.

72. Славкин В.И. Динамика рабочих органов самоходных картофелеуборочных комбайнов. — Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. д.т.н. М.:ВИСХОМ, 1997.-44 с.

73. Сорокин A.A. Расчет почвосепарирующей поверхности картофелеуборочного комбайна //Механизация и электрификация сел. хоз-ва. 1983. №1. с. 1718.

74. Судник Ю.А. Автоматизированное управление МТА в сельском хозяйстве: -Автореферат диссертации докт.техн. наук. -М., 1999. -50 с.

75. Taxa X. Введение в исследование операций. Т. 1. М.: Мир, 1985. с. 479

76. Taxa X. Введение в исследование операций. Т. 2. М.: Мир, 1985. с. 496

77. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. — М.: Издательство стандартов, 1979, 20с.

78. Турбин Б.И., Дроздов В.Н. Снижение вибрации и шумов в сельскохозяйственных машинах. М.: Машиностроение, 1976. 224 с.

79. Угланов М.Б. Исследование колебаний модернизированного картофелеуборочного комбайна//Сб. статей. /Ростов-на-Дону. 1979. с 115-123.

80. Фирсов М.М. Погрузочно разгрузочные машины. // Машиностроение. Энциклопедия. - М., Машиностроение, 1998, с 411-441.

81. Фрумкис И.В., Мининзон В.И. Объемные гидравлические передачи сельскохозяйственных тракторов и машин. М.: Машиностроение, 1966. -198 с.

82. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М., Мир. 1977.

83. Хоменко Ю.В. Исследование процесса измельчения и транспортирования растительной массы измельчающими аппаратами барабанного типа. //Автореферат на соискание уч. ст. к.т.н. M ., ВИСХОМ. 1965.

84. Чепурной А.И. Кормоуборочные комбайны. // Машиностроение. Энциклопедия. М., Машиностроение, 1998, с 555-569.

85. Чупрынин Ю.В., Шуринов В.А., Балакин В.А. Динамические свойства механической трансмиссии комбайна «Полесье-800». //Тракторы и сельхозмашины. 2000. №5.

86. Чупрынин Ю.В., Шуринов В.А., Балакин В.А. Динамика переходных процессов в трансмиссии УЭС-2-250. //Тракторы и сельхозмашины. 2000. № 8.

87. Чупрынин Ю.В., Шуринов В.А., Балакин В.А. Частотные свойства трансмиссии самоходного энергосредства. //Тракторы и сельхозмашины. 2000. № 10.

88. Шеповалов В.Д. Автоматизация уборочных процессов.М.: Колос, 1978.384 с.

89. Шпилько А.В. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. // Машиностроение. Энциклопедия. -М., Машиностроение, 1998, с 667-678.

90. Шуринов В.А. Кормоуборочный комплекс «Полесье». //Тракторы и сельскохозяйственные машины», 1989г. №9. с. 45-47.

91. Шуринов В.А. Новое поколение кормоуборочной техники. //Тракторы и сельскохозяйственные машины», 1990г. № 8. с. 4-7.

92. Шуринов В.А. Перспективные комплексы сельскохозяйственных машин для кормопроизводства. //МЭСХ, 2000г. №2. с. 6-12.

93. Шуринов В.А, Чупрынин Ю.В., Балкин В.И. Динамические свойства механической трансмиссии комбайна «Полесье-800». «Тракторы и сельскохозяйственные машины», 2000г. №5. с. 26-29.

94. Шуринов В.А., Чупрынин Ю.В., Балкин В.И. Динамика переходных процессов в трансмиссии УЭС-2-250. «Тракторы и сельскохозяйственные машины», 2000г. №8. с. 21-24.

95. Яснецкий В.А. Машины для заготовки стебельчатых кормов. -М.: Рос-сельхозиздат. -1987г. -71с.

96. Howe Stephen D. and Terry Bishop. Forage Harvesters: designs for the '80s. Power Farming. 1982. April.

97. Ige M.T., Firmer M.F. Optimization of the perfomance of the cylinder type forage harvester cutterhead. //Transections of the ASAE, vol. 19, 1976, Nr 3, pp. 10171020.

98. Ige M.T., Finner M.F. Effects of Interections between Factors affecting the shearing characteristics of Forage Harvesters. //Transections of the ASAE, vol. 18, 1975, Nr 6, pp. 1011-1016.

99. Kromer Von Karl-Hans. Möglichkeiten der Nachzerkleinerung bei 0 Exaktfeldhackslern. Gründl. Landtechnik. Bd. 29 (1979). Nr. 5, s. 166/175.

100. Kromer Von Karl-Hans. Ein Beitrag über die Hackselgutforderung durch die Schneid-Wurf-Trommeln der Exaktfeldhacksler. Gründl. Landtechnik. Bd. 19 (1969). Nr. 3, s. 95/103.

101. Implement&Tractor ("Red Book"), USA, 1980 1996.им. В.П. Го1. Утверждаю:

102. Утверждаю: Директор по научной работе1. Ерохин2004 г.1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы к. т. н. М.И. Белова.

103. Зав. кафедрой ИУС Энерге- Зав. лаб ей кормоуборочных

104. С.н.9/отдела машин для уборки картофеля, овощей и корне

105. Утверждаю: Дире^стор-по-научной работеошУ1. Фирсов 2004 г.1. ВЫПИСКА из

106. Заводской номер Год изготовления Дата поступления Период испытаний Объем работ, тпо плану факт по плану факт002 2003 05 08 04.08.30.09 250 36,62. Условия испытаний

107. Показатель Значение показателяпо ТЗ при испытаниях1. Дата испытаний 27.09

108. Место проведения ипытаний ОРХЦЧМИС

109. Вид работ скашивание трав и кукурузы с измельчением скашивание трав1. Культура, сорт эспарцет

110. Тип почвы среднесуглинистый, слабо-выщелоченный чернозем1. Рельеф ровный1. Микрорельеф волнистый1. Влажность почвы, % в слое 0 — 5 см 17,35в слое 5-10 см 22,231. Твердость почвы, Мпа •-в слое 0 5 см - 1,301. Значение показателя- в слое 5 10 см - 1,74

111. Температура воздуха, град 18

112. Относительная влажность воздуха, % 64

113. Средняя высота растений, см 741. Полеглость растений, % 0

114. Густота травостоя, шт/м2 2521. Ботанический состав, % - злаковые 0- бобовые 68- разнотравье 32

115. Урожайность, ц/га не менее 200 138

116. Влажность травы, % 75 62,8

117. Агротехнические показатели при лабораторно — полевых испытаниях

118. Показатель Значение показателяпо ТЗ по данным испытаний1 2 3 4

119. Дата проведения испытаний 27.09 27.09

120. Рабочая скорость движения, км/ч 8 10

121. Рабочая ширина захвата, м 4,0 4,0

122. Установочная длина резки, мм 5-20 15 15

123. Пропускная способность, кг/с 12,5 17

124. Производительность, т/ч 45 62,2

125. Высота среза, мм не более 80 •- установочная 60 60- фактическая 77 ' 88- средне квадратическое отклонение 9,0 10,2- коэффициент вариации, % 11,79 11,51

126. Измельчение травы по длине резки, в % по массе0.10,0 мм 34,3 33,310,1 -20,0 мм 30,0 30,020,2-30,0 мм 23,3 20,030,1 -50,0 мм 6,7 6,750,1 -70,0 мм 3,3 5,6 .70,1 -90,0 мм 2,4 4,490,1 120,0 мм 0 0свыше 120,0 мм 0 0•с к

127. Средневзвешенный размер частиц, мм 19,67 18,53.1. Погрешность, % 1,11 3,64

128. Однородность измельченного продукта, % 85,72 84,401. Погрешность, % 1,13 4,151. Потери общие, % 1,14 1,3в том числе - несрезанными растениями 0 0- от повышенного среза 0,70 0,78

129. Полнота сбора урожая, % 99,56 99,48

130. В процессе испытаний выявлены следующие недостатки машины:

131. Отсутствует механизм вывешивания жаток.

132. Не поступление массы в питатель на жатке для скашивания кукурузы.

133. Не обеспечена жесткость конструкции барабана механизма ускорения массы.

134. Недостаточное усилие натяжения ременной передачи ускорителя массы роликом из-за малой длины рычага крепления пружины.

135. Не обеспечена надежность соединения шкива с валом контрпривода.4. Заключение.

136. Заведующий ведущей лабораторией Ведущий инженер п/пп/п

137. М.Н. Жердев А.Л. Брежнев Г.М. Колесников Ю.Н. Чекалин

138. Заведующий лабораторией кормоуборочных машин и оборудования ОАО «ВИСХОМ», к.т.н., ст.н.с., Лауреат премии Правительства РФ / в области науки и техники1. АИЛепурной

139. У1ВНРЖДЛЮ» Председатель СПК "Коммунар" Л^бвомоСковск«! о района, IV" Хульскои^бЛас 1 и И ч ^ I С Л Коноплей2000 г1. АКТ

140. Ответственные исполнители от «ВИСХОМ» вед не А И Чепурной, с и с В.И. Славкин, инженер ИМЭ МГУ им. Н.П. Огарева В Ю Пронин)

141. Цель испытаний Целью настоящих испытаний является выявление зффекшвпости ССП установленной на самоходном кормоуборочном комбайне КСК-ЮОА и снятие технических и агротехнических показателей работы

142. Описание устройства и работы ССП ССП предназначена для поддержания требуемой подачи листостебельной массы к рабочим органам комбайна путем изменения скорости поступательного движения машины.

143. Гидрозолотник состоит из плунжера 4 с конусными бобышками, поджатого с одной стороны пружиной. Ход плунжера гидрозолотника ограничивается винтом 17.9 10 И 12 14 20

144. Масло к гидрозолотнику подводится.под давлением 1,47 -г- 1,63 МПа от подпорного клапана 16 включенного последовательно в сливную магистраль гидрообъемного рулевого управления.

145. Работа самоходного кормоуборочного комбайна оснащенного ССП происходит следующим образом (рис.1).

146. При отклонении толщины слоя растительной массы в сторону уменьшения происходит обратный процесс.

147. Ш. Анализ результатов испытаний

148. Лабораторно-полевые и хозяйственные испытания проводились в период уборки кукурузы на силос (сентябрь 2000 г.г.) на полях СПК «Коммунар», Новомосковского р-на, Тульской обл.

149. Во время лабораторных испытаний сравнивались работы комбайна оборудованного ССП и без нее. Проходы с включенной и отключенной ССП чередовались. Для установления показателей работы ССП проводилось тен-зометрирование.

150. Определение условий испытаний проводилось согласно ГОСТ 20915-75 "Сельскохозяйственная техника. Методы. Определение условий испытаний".

151. Пахотный горизонт полей, где проводились испытания был ровным. Механический состав почвы легкий суглинок. Условия испытаний былитипичными для зоны в текущие годы. Влажность и твердость почвы: 17,8 -г 25% и 0,65-0,75 МПа.

152. Характеристики участка и культуры приведены в таблице 1, а показатели качества работы комбайна в таблице 2. Повторность опытов трехкратная.

153. В результате проведенных испытаний установлено следующее:

154. Полнота сбора кукурузы у комбайна КСК-ЮОА с ССП несколько выше, чем без нее и составляет 99,5% против 99,3% без регулятора, что соответствует агротребованиям (99%).

155. Содержание частиц заданной длины резки (30 мм) от общей массы продукта у комбайна с ССП составляет 75,6% против 60% у комбайна без ССП, что соответствует агротехническим требованиям (75%).

156. Большее содержание частиц заданной длины резки у комбайна с ССПможно объяснить оптимальным режимом загрузки, который соответствовалГрегулируемой подаче растительной массы в измельчающий аппарат.

157. Скорость поступательного движения комбайна оборудованного ССП была несколько выше 2,32 -f- 2,33 м/с против 2,10 2,12 м/с без регулятора, что соответствует повышению производительности комбайна на 8,5 ^ 11 %.

158. Коэффициент стабилизации по толщине слоя растителной массы на выходе питающего аппарата равен Кьст = 1,35; по нагрузке на двигатель КМст =1,14; по угловой скорости вращения вала двигателя Кшсг^бб.1. ВЫВОДЫ

159. В результате лабораторно-полевых и хозяйственных испытаний установлено: