Разработка методов и средств изучения процесса формирования тягового сопротивления машинно-тракторных агрегатов на базе малогабаритных энергосредств с целью улучшения их эксплуатационных свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Шемняков, Денис Валерьевич

• Шемняков, Денис Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шемняков, Денис Валерьевич

Введение. *

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Условия эксплуатации МТА.

1.1.1. Влияние условий работы МТА на его эксплуатационные характеристики.

1.1.2. Условия эксплуатации МТА на базе малогабаритных энергосредств.

1.2. Сравнение технических показателей полноразмерных и малогабаритных МТА.

1.2.1. Анализ технических характеристик малогабаритных энергосредств как энергетической части МТА.

1.2.2. Анализ технических характеристик сельскохозяйственных машин и орудий для малогабаритных энергосредств.

1.3. Методы и средства изучения процесса тягового сопротивления

1.4. Задачи исследования.

2. Вероятностный характер тягового сопротивления машин и его: влияние на характеристики МГЭС.

2.1. Вероятностный характер тягового сопротивления рабочих машин.

2.2. Формирование вероятностного характера тягового сопротивления рабочих машин с малым количеством рабочих органов.

2.2.1. Влияние числа рабочих органов на вероятностный характер тягового сопротивления сельскохозяйственной машины.

2.2.2. Влияние расположения рабочих органов на вероятностный характер тягового сопротивления сельскохозяйственной машины.

Выводы.

3. Выбор методики исследования формирования вероятностного характера тягового сопротивления отдельных рабочих органов и машины в целом.

3.1. Выбор объекта испытаний.

3.2. Выбор типа датчиков и схема их размещения.

Выводы.

4. Аппаратное обеспечение методики исследования формирования вероятностного характера тягового сопротивления.,.

4.1. Выбор регистрирующей аппаратуры и промежуточных устройств.

4.2. Обоснование технических характеристик измерительно-информационной системы.

4.3. Измерительно-информационная система.

5. Апробация и испытание измерительно-информационной системы.

5.1. Средства имитации нагрузок на рабочих органах культиватора.

5.2. Определение метрологических характеристик измерительно-информационной системы.

5.3. Экономическая эффективность применения измерительно-информационной системы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и средств изучения процесса формирования тягового сопротивления машинно-тракторных агрегатов на базе малогабаритных энергосредств с целью улучшения их эксплуатационных свойств»

Современное сельскохозяйственное производство невозможно без высокого уровня механизации технологических процессов. При этом повышение эффективности земледелия, в первую очередь, основано на применении индустриальных технологий, базирующихся на энергосберегающих методах производства. Энергоемкость технологических сельскохозяйственных операций в значительной степени определяется эксплуатационными-свойствами машин и режимами работы машинно-тракторных агрегатов (МТА).

В условиях реальной эксплуатации работа МТА сопровождается непрерывными изменениями внешних воздействий. Начиная с 40-х годов прошлого века, большое внимание уделяется исследованиям влияния характера изменения действующих на трактор нагрузок на его выходные характеристики (тяговую мощность, скорости движения, буксование, расход топлива). Как показали многочисленные исследования, проведенные В.Н. Болтинским [7], Ю.К. Киртбая [41], С.А. Иофиновым [36], JI.E. Агеевым [1], Г.М. Кутьковым [44] и другими учеными, мощностные и экономические показатели тракторного двигателя при этом снижаются до 20% по сравнению с показателями, полученными в стендовых стационарных условиях.

В связи с этим, уменьшение динамики тягового сопротивления сель/ скохозяйственных машин может существенно улучшить тягово-динамические показатели трактора и повысить его тяговый к.п.д.

В настоящее время в сельскохозяйственном производстве широкое применение находят малогабаритные энергосредства (МГЭС). Однако, исследования, проводимые с целью улучшения тягово-динамических характеристик МТА, ориентированы в основном на полноразмерные агрегаты. При определенных производственных условиях, МГЭС являются единственным возможным средством механизации технологического процесса. Например, сельскохозяйственные агрегаты на базе МГЭС выполняют работы там, где применение полноразмерной техники затруднительно или невозможно по причине ее больших габаритных размеров или невысокой эффективности применения и т.д. Современные МГЭС по своей универсальности (ряду выполняемых работ, набору машин и орудий) практически не уступают тракторам более высоких тяговых классов. При этом в литературе практически отсутствуют данные по эксплуатационным характеристикам МГЭС. Комплектование МТА на базе МГЭС осуществляется по аналогии с полноразмерными агрегатами: согласование тягового сопротивления сельскохозяйственной машины с тяговыми характеристиками энергосредства осуществляется за счет изменения ширины захвата полноразмерной сельскохозяйственной машины путем сокращения числа рабочих органов или уменьшением ширины захвата одного рабочего органа.

Более глубокий анализ формирования процесса тягового сопротивления сельскохозяйственных машин показал, что невозможно теоретически определить эксплуатационные характеристики МТА на базе МГЭС путем переноса аналогичных характеристик полноразмерных МТА пропорционально ширине захвата агрегата и применять при их определении нормальный закон распределения без учета влияния дополнительных факторов.

Практически все известные методы исследования тягового сопротивления основаны на определении степени и характера влияния одного или нескольких внешних факторов на исследуемый процесс. При этом сельскохозяйственная машина рассматривается как единое целое, хотя в эксплуатационных условиях ее общее тяговое сопротивление формируется из тяговых сопротивлений рабочих органов. Как показывает проведенное в данной работе теоретическое исследование, влияние таких факторов как число рабочих органов и схема их размещения, раскрыто не полностью.

Возрастающая сложность сельскохозяйственных машин, повышение требований к качеству их работы и усложнение условий их эксплуатации привели к необходимости увеличения объема и скорости получения информации при испытаниях. При этом не менее важным требованием, предъявляемым к методам и средствам измерения, является достоверность получаемой информации. Перспективным направлением реализации предъявляемых требований, является разработка и применение методов и средств измерения, основанных на использовании современной микропроцессорной техники. Применение таких приборов и информационно-измерительных систем позволяет не только регистрировать информацию, но и производить ее обработку и визуализацию непосредственно при испытаниях.

В связи с выявленной проблемой, в данной работе разработана методика изучения формирования процесса тягового сопротивления отдельных рабочих органов и сельскохозяйственной машины в целом.

В качестве объекта испытаний предложен агрегат в составе трактора МТЗ-82 и культиватора КПС-4Г.

С учетом особенностей проведения исследований по предложенной методике для регистрации исследуемых процессов и обработки полученной информации разработана информационно-измерительная системам, позволяющая одновременно регистрировать до 32 независимых физических величин и существенно снизить затраты времени и труда на обработку полученной информации.

Разработанная в данной работе методика определения вероятностных характеристик тягового сопротивления сельскохозяйственных машин по вероятностным характеристикам их рабочих органов использована для прогнозирования на этапе проектирования энергетических затрат на выполнение технологического процесса для условий реальной эксплуатации ОАО «МО им. Карла Маркса».

Результаты исследований используются в учебном процессе в ВГМХА им. Верещагина в курсах «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Тракторы и автомобили».

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Шемняков, Денис Валерьевич

Общие выводы

1. Анализ литературных данных по результатам исследований машинно-тракторных агрегатов и проведение теоретических расчетов выявило существенное влияние числа рабочих органов и схемы их расположения на вероятностные характеристики тягового сопротивления сельскохозяйственной машины. Теоретические исследования показали, что с уменьшением числа рабочих органов увеличивается динамика тягового сопротивления всей машины. Это позволило предположить наличие взаимосвязей между отдельными рабочими органами, определяемых корреляционной функцией. При изменении количества рабочих органов в сельскохозяйственной машине или изменении схемы их расположения изменяется число и тип связей, участвующих в формировании вероятностной составляющей общего тягового сопротивления. В результате теоретического исследования построена математическая модель определения вероятностных характеристик общего тягового сопротивления сельскохозяйственной машины по вероятностным характеристикам тяговых сопротивлений ее рабочих органов. Особенностью этой математической модели является то, что при определении вероятностных характеристик тягового сопротивления сельскохозяйственной машины необходимо учитывать не только среднее значение и дисперсию, но и корреляционные функции, определяющие взаимосвязи между отдельными рабочими органами.

2. Разработанная методика исследования формирования вероятностных характеристик тягового сопротивления позволяет рассматривать сельскохозяйственную машину как орудие, состоящее из отдельных, но работающих в определенной взаимосвязи рабочих органов. В качестве объекта испытаний выбран культиватор КПС-4Г, агрегатируемый с тракторами тягового класса 14-30 кН. Культиватор оснащается набором датчиков, измеряющих тяговые сопротивления на каждом рабочем органе и общее тяговое сопротивление (всего 25 независимых информационных каналов). В качестве метода измерения тягового сопротивления выбран метод электрического измерения неэлектрических величин.

3. Для регистрации сигналов датчиков разработана информационно-измерительная система (ИИС) на базе персонального компьютера. Для дискретизации сигналов датчиков разработан аналого-цифровой преобразователь. Система обладает возможностью регистрировать одновременно до 32 независимых сигналов с динамическим диапазоном входного напряжения до ЮООмВ с шагом 1мВ. Разработанная ИИС позволяет существенно снизить затраты времени на обработку полученной информации в сравнении с осцил-лографированием. Визуализация обработанных данных может быть осуществлена непосредственно при проведении испытаний. Реализация аналого-цифрового преобразователя по разработанной функциональной схеме на базе отечественных цифровых интегральных микросхем средней степени интеграции позволила существенно снизить его удельную стоимость. Удельная стоимость разработанной ИИС при условии параллельного опроса датчиков составляет 100 долларов на один независимый измерительный канал в отличии от систем промышленного производства, удельная стоимость которых составляет порядка 250 долларов/канал.

4.Проведенные испытания разработанной информационно-измерительной системы показали ее высокие метрологические характеристики при измерении диапазона нагрузок, соответствующего реальным условиям эксплуатации культиватора КПС-4Г. Максимальное абсолютное отклонение результатов измерения от реального значения составляет 7мВ (7 шагов квантования). Для снижения величины относительной погрешности необходимо устанавливать уровень аналогового сигнала, входящего на АЦП, в пределах второй и третьей части шкалы прибора (до ЮООмВ).

5. Используя предложенную в данной работе методику исследования и обработав результаты измерения по разработанному алгоритму, можно существенно улучшить динамические характеристики тягового сопротивления сельскохозяйственных машин, непосредственно влияющие на эксплуатационные показатели МТА, путем изменения их конструктивных параметров. На основании результатов испытаний определенного агрегата, снижение дисперсии процесса общего тягового сопротивления, возможно путем изменения схемы расположения рабочих органов в сельскохозяйственной машине. Если это невозможно по каким-либо причинам, то необходимо изменить конструкцию рабочего органа с целью задания ему необходимых характеристик с соблюдением агротехнических требований к данному агрегату.

132

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шемняков, Денис Валерьевич, 2003 год

1. Агеев J1.E. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов — Л.:Колос.1978. 296 е., ил

2. Агеев Л.Е., Шкрабак B.C. Тяговая мощность газотурбинного трактора на вспашке. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1987. - №7.

3. Аналого-цифровые преобразователи. http://www/dodeka.gaw.ru.

4. Анисимов Б.М., Дунаев С.И., БауэрС.Т. Новый мини-трактор МТ-1 // Тракторы и сельхозмашины. 1991. -№2.

5. Аронов Э.Л., Демидов Д.Д. Минитехника для обработки почвы. WWW.moarcc.aris.ru.

6. Бирюков С.А. Применение цифровых микросхем серии ТТЛ и КМОП. 2-е изд., -М.: ДМК,2000. -240с. ил.

7. Болтинский В.Н. Работа тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке. М., 1949.

8. Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. М.: Колос, 1962.I

9. Болтинский В.Н. Мощность тракторного двигателя при работе с неустановившейся нагрузкой и ее определение. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1959. - №2,№4.

10. Ю.Борисов В.Г., Партии Л.С. Практикум рвдиолюбителя по цифровой технике. -М.: Патриот, —1991. -144с., ил.

11. И.Борисов Е.В. Результаты испытаний плоскореза КПП-2,2 на повышенных скоростях Н Тракторы и сельхозмашины 1970. - № 12

12. Бурдин В.В., Гамалаев П.П., Жихарев В.А. и др. Алтайские малогабаритные тракторы // Тракторы и сельхозмашины. 1975. - №1.

13. Бутковский П.С. Малогабаритные тракторы // Техника и оборудование для села. 2000. - №2.

14. Бурченко JI.H., Поветьев А.И., Жирнов А.А. и др. К обоснованию параметров скоростных культиваторов. // Тракторы и сельхозмашины. 1975. —№1.

15. Бушмаков В.Я., Голомазов Б.А. Зависимость удельного сопротивления плуга ПН-4-35 от условий работы. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. — 1964. №4.

16. Васильковский С.М., Клюев В.В. Исследование сопротивления почвы движению культиваторной лапы. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1987. — №4.

17. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос. 1973.

18. Власов-Власюк О.Б. Экспериментальные методы в автоматике. М.: Машиностроение 1969.

19. В помощь радиолюбителю. Сборник. Вып 109/ сост. И.Н. Алексеева. -М.: Патриот, 1991. 80с.

20. Гмурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1997. 479 е.: ил.21 .Гольдштейн В. Д. Классификация устройств для исследования микропрофиля поля. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1975. — №6.

21. ГОСТ 27021-86 Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяйственные. Тяговые классы. — М.: Издательство стандартов, 1986. — 5с

22. ГОСТ 27155-86 Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяйственные. Термины и определения видов. М.: Издательство стандартов, 1986. -Зс

23. ГОСТ 28523-90 Мобильные средства малой механизации. Тракторы малогабаритные. Типы и основные параметры. — М.: Издательство стандартов, 1990. 2с

24. Гуряков М.В., Поляков Н.Н. Малогабаритная сельскохозяйственная техника. Справ. М.: Машиностроение, 1994. — 160с., ил.

25. Давидсоп Е.И., Дубровский Б.Ц., Лесниковский А.И. Оценка условий эксплуатации мобильных агрегатов. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1974. — №6.

26. Данцигер И.Г., ПоляковН.Н. Международная выставка «Малая сельхозмеханизация — 91» // Тракторы и сельхозмашины. — 1991. №8.

27. Денисов А.А., Тырнов Ю.А., Иванов О.Б. и др. Прибор контроля загрузки тракторного двигателя. // Тракторы и сельхозмашины. — 1987. №8.

28. Догановский М.Г., Клейн В.Ф., Еникеев В.Г. Статистические характеристики агрегата для совмещенной обработки почвы и посева. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1971. -№11.

29. Ждановский Н.С., Ковригин А.И., Шкрабак B.C. и др. Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа. Л.: Машиностроение, 1974.

30. ЗЗ.Зангиев А.А., Лышко Г.П., Скороходов A.M. Производственная эксплуатация машинно-тракторного парка М.: Колос. 1996. - 320с.: ил.

31. Иностранная техника. Китайские малогабаритные тракторы // Тракторы и сельхозмашины. 1991. - №7.

32. Иофинов С.А. Влияние вероятностного характера нагрузкй на средние значения показателей работы машинно-тракторных агрегатов. Вестник сельскохозяйственной науки, 1968. №12.

33. Иофинов С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Колос, 1974. 480 е., ил.

34. Иофинов С.А., Агеев JI.E., Демченко Е.М. Средние значения энергетических показателей работы машинно-тракторных агрегатов при вероятностном характере нагрузки. Записки ЛСХИ, т. 140, вып 1, Л.: 1969.

35. Иофинов С.А., Райлих Х.М. Приборы для учета и контроля работы тракторных агрегатов. Л.: Машиностроение. 1972. 224 стр. Табл.5. Ил.103.

36. Карпов А.А. Малогабаритная техника из ЧССР // Тракторы и сельхозмашины. 1985. - №3.

37. Каталог техники, -http:// www.tractor.ru

38. Киртбая Ю.К. Основы теории использования машин в сельском хозяйстве. Киев-Москва. Укр. отд-ние, 1957.

39. Кичжи А.С. Производство мотоблоков в КНР // Тракторы и сельхозмашины. 1988. - №2

40. Коптяев В.А. Повышение эффективности функционирования колесных энергосредств, работающих в составе машинно-тракторных агрегатов, за счет улучшения их тягово-сцепных свойств. Дисс. кандидат, техн. наук. Вологда - Молочное - 2002.

41. Кутьков Г.М., Пучков B.C., Холин А.И. Анализ источников генерации колебаний нагрузки на двигателе сельскохозяйственного трактора./ Тракторы и сельскохозяйственные машины 1995. №7. стр. 9. 10.

42. Кузьменко В.В. Экспериментальное определение силового воздействия почвы на корпус плуга. // Тракторы и сельхозмашины. 1971. - №9.

43. Косяк А.Я. Динамика внешней нагрузки на крюке трактора Т-150 при работе с противоэрозионными машинами-орудиями. // Тракторы и сельхозмашины. 1977. - №9.

44. Лихачев B.C. Испытания тракторов. М.: Машиностроение. 1974.

45. Лурье А.Б. Статистические оценки тягового сопротивления почвообрабатывающих машин. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1972. - №10.

46. Малыдева JI.A., Фромберг Э.М., Ямпольский B.C. Основы цифровой техники. -М.: Радио и связь. 1987 - 128с., ил.

47. Машины и оборудование для АПК, выпускаемые в регионах России. Каталог. Том 1. М.: Информагротех, 1997. - 316с.51 .Международная выставка «Малая сельхозмеханизация 92».

48. Машиностроители — фермерам // Тракторы и сельхозмашины. — 1993. — №2.

49. Минитракторы «Беларус». http:// www.smorgonplant.chat.ru

50. Минитехника для обработки почвы. http:// agro.sakha.ru

51. Мотоблок «Каскад» модель МБ6841.- http:// rene.hl. ru

52. Мотоблок «Агрос». — http:// motoross.spb.ru

53. Мотокультиваторы Honda. http:// techware.ru

54. Мотоблоки, культиваторы, тележки. Каталог. http:// www.maxitool.ru

55. Мотоблок «Урал». — http:// penza.com.ru

56. Мотоблок «Беларусь» МТЗ-0,6 и МТЗ-012. http:// www/mcasta.ru

57. Малогабаритный трактор «Гулливер» фирмы S.E.P. 416 HST. http:// www.tradecenter.ru61 .Мотоблоки. http:// www.equipnet.ru

58. Мотокультиваторы и мотоблоки. Каталог. http:// unisaw.ru

59. Мотоблоки и минитрактора. http:// tractors.com.by

60. Нейченко В.Г., Приходько Л.С., Темпяков-Покровский Р.А. и др. К вопросу имитации эксплуатационных нагрузок на крюке трактора при ускоренных ресурсных испытаниях. // Тракторы и сельхозмашины. -1970.-№12.

61. Никифоров П.Е., Бурченко П.Н., Иванов А.Н. Исследование работы плугов на повышенных скоростях. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. 1964. - №5.

62. Никулин В.Н., Рославлев В.Г. Малогабаритный трактор Т-010 -конструктивные особенности // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1991. — №8.

63. Новая техника для агропромышленного комплекса. Каталог. — М.: Информагротех, 1994. 316с.

64. Общесоюзный классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции. Том 1. — JL: Колос, 1979. 208с69.0рвис В. Excel для ученых, инженеров и студентов. Киев. Юниор, 1999.-528 е., ил.

65. Поляков О.А. Способ моделирования эксплуатационной загрузки колесного трактора. // Тракторы и сельхозмашины. — 1971. — №2.

66. Цриходько JI.C., Шахбазов O.K., Щупак П.Л. и др. Вероятностный характер изменения тягового сопротивления./ Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства 1971. №7 стр. 46.48.

67. Прончак В.А. Мотоблоки и мини-тракторы: предложения и возможности.// Автобизнес Weekly. - 1998. - №31.

68. Романов Ф.Ф. Малогабаритные энергосредства. Выбор оптимальных эксплуатационных параметров. СПб.: Агропромиздат, 2000. - 182с., ил.

69. Сельскохозяйственная техника и оборудование для фермерских хозяйств. Каталог. Том 1. М.: Информагротех, 1991. - 364с,

70. Семилетова К.П., Дъяков И.Я. Моделирование крюковой нагрузки гусеничного трактора при ускоренных испытаниях на полигоне.// Тракторы и сельхозмашины. 1973. — №2.

71. Серебряный М.И. Малогабаритная сельскохозяйственная техника на выставке «Автопрм Японии — 90» // Тракторы и сельхозмашины. -1990. -№11.

72. Средние мотоблоки. http:// usadba-moto.ru

73. Средства малой механизации для сельхозпроизводителей. Каталог. М., 1990.

74. Терещук P.M., Домбругов P.M., Босый Н.Д. Справочник радиолюбителя. Издательство АН УССР, Киев. -1962.

75. Техническая кибернетика. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления. Книга 1, под редакцией В.В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1973.

76. Техническая кибернетика. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления. Книга 2, под редакцией В.В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1975.

77. Хамел P.J1. Последовательная передача данных: Руководство для программиста. Пер. с англ. М.: Мир, 1996. - 752с., ил.

78. Хоменко М.С., Зырянов В.А., Гуков Я.С. Показатели послойной обработки почвы на повышенных скоростях. // Тракторы и сельхозмашины. 1976. - №10.

79. Чагиладзе Ш.И., Габуния Н.А. Семейство мобильных малогабаритных средств энергетики для малоземельных хозяйств // Тракторы и сельхозмашины. — 1995. №12.

80. Шемняков Д.В. Методика определения взаимовлияния рабочих органов при анизотропных свойствах почвы. / Эффективные технологии в молочном животноводстве и переработке молока. Сб. научных трудов ВГМХА. Вологда-Молочное, 2002. стр. 180. 182.

81. Шторм Р. Теория вероятностей, математическая статистика, статистический контроль качества. М.: Мир. 1970.

82. Юшин А.А., Евтенко В.Г. Исследования характера нагрузок сельскохозяйственных тракторов при работе МТА на повышенных скоростях. // Тракторы и сельхозмашины. 1972. - №4.

83. Ярмагомедов А.Н. Прибор для непрерывного определения твердости почвы. // Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства. -1989.-№5.

84. РС-совместимая станция сбора данных Н-2000. http:/www.lcard.ru

85. Graham W.D., Gaultney L.D., Cullum R.F. Tractor instrumentation for tillage research. // Appl. Engg in Agr,- 1990. T.6. №1 c. 24-28.