На правах рукописи

Зимагулов Анас Хафизович

КОМПЛЕКСНОЕ СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ

НАГРУЗОК В РАБОЧИХ ПРОЦЕССАХ

МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань - 2003

Работа выполнена на кафедрах «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация МТП», «Безопасность жизнедеятельности и производственное обучение» при ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия».

Научный консультант:

член-корреспондент Академии наук РТ, Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор Юлдашев Алмаз Киямович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Важенин Александр Николаевич доктор технических наук, профессор Артемьев Владимир Григорьевич доктор технических наук, профессор Тургиев Алан Каурбекович

Ведущая организация: Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Республики Татарстан г. Казань

Защита диссертации состоится «28» ноября 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.025.02 при ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 420011, г.

Казань, учебный городок Казанской ГСХА, УЛК ФМСХ, ауд.213.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанской ГСХА.

Автореферат разослан « 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор Мудров Александр Григорьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для удовлетворения потребностей общества в продуктах растениеводства требуется повышение производительности и качества работы машинно-тракторных агрегатов (МТА). Это можно достичь путем увеличения мощности, рабочих скоростей, ширины захвата и снижения неустановившихся нагрузок (НН) в МТА.

Промышленность выпускает тракторы и сельскохозяйственные машины (СХМ) с тем расчетом, что они будут работать на стационарных режимах, а сельское хозяйство (с-х) и промышленность эксплуатирует их при НН.

Анализ исследований МТА показывает, что эффективные показатели снижаются при работе в нормальных условиях до 20%, а в экстремальных условиях - до 40% по сравнению с номинальными.

Продолжительность неустановившихся режимов работы агрегата составляет 60... 65% сменного времени. Из-за этого снижается производительность агрегата, повышается расход топлива и растут потери от недоиспользования мощности двигателя (коэффициент использования мощности составляет всего = 0,4...0,5). В России затраты энергии на единицу с-х продукции в 3-4 раза выше, чем в других промышленно развитых странах. В связи с этим возникает проблема снижения НН.

Работа выполнялась в рамках тематических планов научных исследований Казанской ГСХА и РСХАН по теме: «Разработка технологических, технических и организационных решений по энергосбережению и улучшению условий труда на сельскохозяйственных агрегатах и в производстве инженерного комплекса», координационным планом 0.51.03. «Разработать и внедрить комплексные системы увеличения производства продовольственного зерна высокого качества по зонам п.

2.3.» и заданием 0.3 межведомственной проблемы OCX. 108. Номера государственных регистраций 77056691; 7206399; 81031005; 01860070314.

Цель работы - решение проблемы снижения влияния не установившихся нагрузок на процессы в МТА при выполнении технологических операций и изыскание самоприспосабливаемых способов, устройств, новых рабочих органов и средств управления для стабилизации их нагрузочных и скоростных режимов.

Объекты исследований: Комбинированные и одномашинные агрегаты, тракторы и СХМ с одним и несколькими двигателями.

Технологические операции и процессы обработки почвы, посева и уборки.

Методы исследования. Исследования рабочих процессов МТА базировались на применении теоретических методов моделирования.

Экспериментальные исследования выполнены с применением современных методов и измерительной аппаратуры.

Научную новизну составляют:

1. Метод оценки и методология создания средств со свойствами самоприспосабливаемости к режимам нагружения.

2. Технологические процессы, операции и средства, в комплексе снижающие вариации неустановившихся нагрузок в их источниках возникновения и при трансформации до двигателя.

3. Приемы расширения возможностей агрегата и управления процессами рабочих органов.

4. Прогноз технического уровня и эксплуатационные требования к МТА и самоприспосабливающимся средствам.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Всесоюзном научно-техническом семинаре «Разработка и оптимизация динамических характеристик двигателей мобильных сельскохозяйственных комплексов». (Казань, КСХИ, 1991);

Всесоюзном и международном межотраслевых научно-технических семинарах посвященных 80 и 100-летию В.Н. Болтинского «Исследование двигателей сельскохозяйственных машин в динамических (неустановившихся) режимах». (Казань, КСХИ, 1983 и КГСХА 2003);

Второй международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера». (Казань, КГТУ, 2001);

Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы разработки и внедрения машинных технологий в растениеводстве и животноводстве» (Киров, Вятская ГСХА, 2002);

«Агроэкологические проблемы». (Казань, АН Республики Татарстан, 2001);

научно-методических конференциях кафедр «Тракторы и автомобили» сельскохозяйственных вузов Поволжья и Предуралья, состоявшиеся в Пермской (1982), Чувашской (1976 и 1983), Ижевский (1975 и 1984), Кировской (1985) и Казанской (1973 и 1994) ГСХА;

Челябинского ГАУ (1973); Ежегодных научных конференциях (1970...2002) КГСХА, Белорусского ИМСХ (1975 и 1983), Владимирского ГТУ (1997), Ульяновской (1980 и 1987), Ижевской (1984) и Свердловской (1986) ГСХА;

научно-производственных конференциях и семинарах НПО «Нива»

Татарстан. (Казань, 1985...1988);

АН Республики Татарстан (1999).

исследований. Использование новых конструкций рабочих органов и систем их управления обеспечивает увеличение производительности агрегата на 6...9%, снижение расхода топлива до 6%.

Почвообрабатывающая комбинированная машина, способная сочетать в себе пять вариантов технологических операций, только в одном варианте по сравнению с основной операцией дает экономию топлива до 42%, сохранение стерни 60...90%.

При внедрении каждого технологического процесса системы самоприспосабливаемости рабочих органов ожидаемый эффект составляет не менее 800 тыс. руб. на один агрегат, на период срок службы.

Теоретические разработки использованы при:

улучшении процессов в технологиях возделывания зернобобовых культур;

обосновании режимов работы комбинированного агрегата на базе трактора Т-150К, культиватора плоскореза КП-2-150 и устройства подготовки почвы и посева (А.с. 1230478), а также при совершенствовании технологических агрегатов ЗИЛ-131В и Урал 375 Т.М.

Силовая передача самоходного сельскохозяйственного комбайна (А.с. 1230873) внедрена при совершенствовании технологического транспортного средства в двух хозяйствах Хмельницкой области Украины.

Научные рекомендации и разработки по снижению вариации нагрузок позволили повысить производительность на 6...9%, снизить расход топлива на 6... 8% в агрегатах с тракторами МТЗ.

Рекомендации и изобретения по реализации предлагаемых технологий внедрены и приняты для внедрения в МСХиП РТ, ОАО «Татсельхозтехника» и АО «мелиорация».

Технология скашивания культур агрегатами с перемещаемым центром масс косилки внедрена в совхозе «Улимановский» Актанышского р-на, в хозяйствах «Якты Юл», «имени Тимирязева и Рахимова Балтасинского района и опробована в отдельных хозяйствах РыбноСлободского, Лаишевского, Заинского и Арского районов РТ и в учхозе Каз.ГСХА.

Основные положения и результаты диссертационной работы внедрены: в разделах и рекомендациях в книгах [9, 10]; охранных документах [25,...57]; методических пособиях и указаниях для комплексных полевых практических работ по дисциплинам «Основы управления с-х техникой» и «Интенсивная технология зернобобовых культур» (1986... 1996); в комплекте плакатов по механизации возделывания зернобобовых культур из 5 листов, Москва. - Колос, 1983; в отчетах по результатам теоретических и экспериментальных исследований многоприводных тяговых, транспортных и уборочных агрегатов.

Результаты исследований по снижению динамических потерь используются в учебном процессе в Вятской, Ижевской и Казанской ГСХА.

Выставочные образцы, планшеты и сборники технических решений по теме экспонировались на выставках в Торгово-промышленной палате и ВДНХ (ВИКО) Республики Татарстан. Отдельными результатами исследований заинтересовались ученые-аграрники США (1980).

Публикации по теме диссертации: Опубликованы работы в количестве 151 (общим объемом 27 печатных листов), из них изобретений, 65 научных статей и 2 монографии.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Концепция снижения вариации колебаний нагрузки на двигатель путем улучшения технологических процессов.

2. Математические модели снижения динамических потерь.

3. Новые технологии отвальной и безотвальной подготовки почвы под посев, посева, уборки зернобобовых культур и трав на равнинных и склоновых полях.

4. Методология оценки комплексной системы управления самоприспосабливаемостью с режимами нагружения.

5. Новые способы и схемы технологических процессов и рабочих органов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и предложений, содержит 366 с. печатного текста, включающего 15 таблиц, 70 рисунков, 75 с. приложения, 3 с. оглавления и 22 с. списка литературы (270 наименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Дана характеристика проблемы, которой посвящена диссертация, определена цель работы, показана актуальность, научная новизна и практическая ценность решаемых задач.

В первой главе дана характеристика исследований, посвященных работе МТА на установившихся и неустановившихся режимах с анализом действия нагрузок.

Научные основы механизации земледелия созданы трудами В.ГТ.Горячкина, А.Б.Свирщевского, В.А.Желиговского, В.Н.Болтинского, Ф.С.Завалишина, И.П.Полканова и др.

Закономерности изменения внешних воздействий на агрегат при выполнении технологических операций определены в работах Иофинова С.А., Киртбая Ю.К., Кутькова Г.М., Тургиева А.К., Агеева Л.Е., Важенина А.Н., Лурье А.Б., Николаенко А.В., Шарова Н.М., Юлдашева А.К., Хакена Г., Крутова В.И. и др. Этими учеными отмечено, что режим работы агрегатов зависит от условий среды, действий оператора, конструкций трактора и СХМ. Совместное взаимодействие указанных факторов вызывает изменение ветвей скоростной характеристики двигателя.

Существенный вклад в изучение динамики транспортирующих обрабатываемый материал агрегатов внесли Абдрахманов Р.К., Артемьев В.Г., Бурченко П.Н., Беккер М.Т., Гуськов В.В., Ксеневич И.П., Кормщиков А.Д., Кузнецов Н.Г., Макаров П.И., Мазитов Н.К., Матяшин Ю.И., Сысуев В.А., Шкрабак B.C. и др.

Изменение физико-механических и технологических свойств почв и растений в результате механического воздействия колес МТА на нее исследовались Водяником Н.И., Петрушовым В.А., Русановым В.А., Тургиевым А.К., Лопаревым А.А., Мухамедьяровым Ф.Ф., Возовиком И.С., Скотниковым В.А. и др.

В исследованиях Зангиева А.А., Медведева В.И., Скойбеды А.Т.

отмечаются необходимость повышения эксплуатационных показателей агрегата и введения в агрегаты средств самоприспосабливаемости.

Вопросы теории регулирования процессов смесеобразования и горения в двигателях и передачи моментов к трансмиссии при НН рассматриваются в работах Баширова P.M., Багирова Д.Д., Полеваева О.И., Бородина И.Ф., Болотова А.К., Бузенкова Г.М., Галеева Г.Г., Гельфенбейна С.П., Краснощекова Н.В., Кривова В.Г., Криницкого И.И., Морозова А.Х., Петрова В.И., Самойлова Н.П., Лиханова В.А. и др.

Отмечено, что динамические потери значительно зависят от способа регулирования процессов.

Теоретические и экспериментальные исследования МТА при НН проводятся в С.-Петербургском, Воронежском, Волгоградском, Московском, Челябинском ГАУ, в Вятской, Казанской, Нижегородской, Чувашской ГСХА, ВИМ, НИИСХ Северо-Востока, Татарском НИИСХ и в других научных учреждениях.

Характер нагрузки на двигатель имеет различную форму. При переходе двигателя на корректорную ветвь характеристики происходит снижение частоты вращения коленчатого вала (к.в.), уменьшается скорость движения агрегата, нарушаются агротехнические требования. Это, в свою очередь, приводит к снижению производительности и экономичности агрегата.

В условиях эксплуатации МТА неустановившийся режим дистабилизирует равновесие где Ме - крутящий момент двигателя на неустановившемся режиме; Мс момент сопротивления.

К нарушению этого равновесия приводят технологические остановки, неровности опорной поверхности, неоднородность обрабатываемого материала, колебания значений сцепной массы, нарушение процесса передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам и нерегулируемая блокировка дифференциалов.

Основной причиной возникновения динамических потерь является колебательный характер нагрузки на крюке. Степень неравномерности момента сопротивления 5 определяется как Она характеризуется периодом изменения нагрузки. Гребнев В.П., Чудаков Д.А. рекомендуют снизить 5 позиционированием сельхозмашины относительно трактора при помощи позиционно-силового регулятора, установкой на агрегат двигателя с большим запасом крутящего момента или двигателя постоянной мощности, созданием модульных агрегатов и т.д. Однако эти меры не могут существенно повысить техникоэкономические показатели МТА.

В исследованиях, посвященных повышению эксплуатационных показателей на неустановившихся режимах, не определены допустимые величины колебаний частоты в СЕ. Поэтому динамические качества агрегата не регламентированы государственными стандартами.

Анализ опубликованных работ показал, что в настоящее время проблема внедрения способов и средств, снижающих динамические потери не имеют комплексного решения. Недостаточно проработаны вопросы выбора характеристик средств управления, активации рабочих процессов и способов их реализации. Мало исследований по многооперационным и многодвигательным агрегатам при работе их как в нормальных так и экстремальных условиях.

По проблеме поставлены следующие задачи:

Исследовать характер нагрузки и установить их взаимосвязь с выходными характеристиками двигателя.

Разработать математические модели, позволяющие наметить пути снижения вариаций нагрузки в технологических операциях, процессах рабочих органов СХМ, движителях, трансмиссии и двигателях.

Стабилизировать колебания нагрузки в приводе ведущих колес и рабочих органах СХМ.

Разработать систему и средства комплексной самоприспосабливаемости МТА к условиям эксплуатации.

Определить эффективность использования комбинированного почвообрабатывающего (с посевом) агрегата, агрегатов для работы на склоне, мобильного энергетического средства со свойствами самоприспосабливаемыми.

Во второй главе изложены принципы и пути снижения динамических потерь в агрегатах.

МТА состоит из нескольких взаимосвязанных между собой основных СЕ, каждая в отдельности влияющих на их производительность.

Физической основой предложенного подхода является снижение влияния динамических нагрузок в их источниках возникновения и при их трансформации до двигателя. Это осуществляется совершенствованием технологических операций, сочетанием приемов обработки, полным использованием сцепной массы агрегата и получением запаса мощности.

Процесс функционирования МТА в системе человек-среда рассматривается как реакция у на входные факторы x1,x2,x3,.....,xn Управляющими являются факторы u1,u2,......,un возмущающими o1,o2, o3,....,on. Входные факторы формируются механизатором, агрегатом и производительность, расход топлива, потери, агротехнические параметры качества. Связь всех параметров представляет собой модель агрегата:

Группа факторов, отнесенная к человеку включает в себя психофизиологическое состояние, квалификацию оператора и службы контроля, а также объективные и субъективные характеристики, связанные с технологической операцией. В группу факторов «машина»

включены крюковое усилие и буксование, координаты рейки топливного насоса, распределение сцепной массы и крутящего момента между мостами и колесами, частота вращения к.в., трение поверхности с материалом и т.д. В группу факторов «среда» включены физикомеханические характеристики материала обработки, метеоусловия и др. В качестве корректирующих переменных использованы скорости протекания процессов, например, изменением положения педали стабилизации скорости движения агрегата. Применительно к работе агрегата зависимость выходного параметра от воздействия на процесс факторов по времени запишется Эта зависимость является общей расчетной схемой решения задач оптимизации параметров процессов в любом агрегате.

В качестве входного фактора принимается крюковое усилие Ркр (рис.

1а и 1б), а выходных факторов принимаются производительность W, удельные крюковой gкр и погектарной gгa расходы топлива. Оптимальность производительности обеспечивается подбором крюкового усилия Ркр, рабочей скорости и ширины захвата Вр степени загрузки двигателя Расчеты завершаются построением потенциальной эксплуатационной характеристики агрегата. Выходные показатели определяются:

Перспективным способом оптимального функционирования агрегата является снижение вариации нагрузки на источнике ее возникновения. Для пахотного агрегата такой подход осуществляется поддержанием постоянными Ркр, Вр, Эффективность МТА с самоприспосабливаемыми свойствами оценивается сравнением теоретической производительности с реальной.

соответственно, отношение производительностей базового (установившегося) агрегата Wy к теоретической WT, разработанного со свойствами самоприспосабливаемости Wpаз к теоретической и установившегося агрегата производительность к разработанного.

Динамические потери агрегата определяются путем построения квазидинамической характеристики. Квазединамической характеристикой называется изменения исследуемых показателей, по стационарной характеристики в соответствии изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Показатели реального агрегата накладываются на квазидинамическую характеристику. Разница ординат это текущие динамические потери, а площадь между ними суммарные динамические потери (рис. 1в). Динамические потери разработанного агрегата определяются формулой Совершенство агрегата определяется уровнем самоприспосабливаемости МТА к условиям эксплуатации. Коэффициент уровня самоприспосабливаемости определяется как Кут=Nв/Nо,где Nв- количество внедренных самоприспосабливаемых процессов;N о - общего количества идеально возможно закладываемых самоприспосабливаемых процессов.

При нарушении установившегося режима моменты сопротивления Мс и двигателя Ме получают приращения. Тогда, основное уравнение динамики принимает вид Динамические потери можно уменьшить, улучшая характеристики агрегата и СЕ, изолируя двигателя от влияния НН, увеличивая запас крутящего момента и выводя неблагоприятные частоты нагрузки из рабочей зоны МТА. Технико-эксплуатационные показатели двигателя описываются регуляторными и корректорными ветвями характеристики с переломом на номинальной мощности Neн.

Для определения путей снижения влияния НН проведем анализ составляющих мощностей агрегата (двигателя). Баланс индикатрной мощности двигателя при НН представляется в виде крюковая, сил преодоления внутреннего сопротивления, сил инерции, воздуха, качения и подъема, трансмисии.

Динамические качества агрегата определяются запасом мощности при неустановившимся режиме в котором зависимостями Рис.1. Характеристики агрегата и его двигателя:

а) Тяговая (зависимость действительной скорости от Ркр);

б) Скоростная (схема определения расчетных моментов и частот вращения к.в. двигателя при колебаниях нагрузки);

в) Квазидинамическая характеристика.

Обозначения в уравнениях (7), (8) и (9): Мк - крутящий момент на ведущем колесе; rк - динамический радиус качения ведущего колеса; G нагрузка от сцепной массы; - коэффициент сцепления движителей; Ркр, Ртр, Р, Pf - соответственно, крюковое усилие, сопротивление трансмиссии, потеря сил на буксование и сопротивление качению;

частоты вращения к.в. двигателя и колеса; - кпд тяговый, буксование, трансмиссии; Jдв. - приведенный к к.в. момент инерции масс агрегата.

При определении силы Ркр = f( ) почвообрабатывающего агрегата используется зависимость где - базовая скорость; - коэффициент пропорциональности.

Погектарные энергозатраты определяются где 5 - рабочий ход; Тр, Тх, То - соответственно, время рабочего и холостого ходов и время технологических остановок; - скорость холостого поворота; Мо - мощность на технологических остановках.

W и А зависят от времени работы и от использования технических возможностей агрегата. Характер колебаний Ркр и его влияние на Ме и приведены на рис. 1.

Тяговое усилие пахотного агрегата определяется известной зависимостью где G - вес плуга; К - удельное сопротивление почвы; а, Вр глубина и ширина вспашки; - скорость движения агрегата; е - коэффициент, зависящий от формы рабочей поверхности отвала и свойств почвы;/- коэффициент сопротивления качению.

Уравнение (12) в приращениях можно записать Из (12) следует, что расход топлива состоит из затрат топлива Qmc на самопередвижение СХМ, срыв пласта и его подъем Qmn и выбрасывание массы Qmв. Математические ожидания имеют вид M[Qm]= M[Qm с] + M[Qmn] + M[Qmв] Тогда совместное решение уравнений (5), (6), (7), (10), (11), (12), (13) будет представлять динамическую характеристику агрегата.

Из приведенных зависимостей вытекают две основные пути снижения динамических нагрузок (рис. 2а, б,в,г). Для примера технологических операциях СТО (рис. 2г).

Пути комплексного снижения вариаций Непосредственно на В процессе трансфористочнике возник- мацин ее до двигателя Рис. 2а. Блок схема путей комплексного снижения вариаций Рис. 26. Модель взаимосвязей параметров агрегата и обрабатываемого материала: СПСУ, СПТ, СТО - самоприспособление, соответственно, процессов в силовой установке, тягово-сцепных свойств, технологических операций; 1 - двигатель; 2 - трансмиссия; 3 движитель; 4 - рабочие органы трактора; 5 - рабочий орган машины;

6 - обрабатываемый материал; выходные показатели: W производительность; Q - расход топлива; П - потери; К - удельное сопротивление обрабатываемого материала Рис. 2в. Математическая модель (блок-схема) определения оператора: Сi - i-ые направления для снижения НН; Yij -j-ые меры в i-ОМ направлении; Uij -j-ые направляющие воздействия в i-ом направлении Пути снижения НН в технологических операциях Ci РИС. 2 Г. БЛОК схема мер реализации путей снижения колебаний нагрузок Для поддержания параметров динамических характеристик агрегатов на значении их математического ожидания и реализации этих путей разработаны самоадаптирующиеся системы управления оборачиваемой части почвы (рис. 4а) [30,31,32], не нарушая технологии крошения и ровности на борозды, Математическая модель самоприспособления к условиям эксплуатации строится делением системы на звенья (элементы).

Каждый член уравнения делим на и получаем дифференциальное уравнение первого порядка и его решение где - вязкость масла, жесткость и координаты пружины гибкого звена; к1 - коэффициент усиления. Координаты гибкого звена и пружины регулятора равны Уравнение управляющего органа (УО):

где - площадь шарового сегмента; - приращение давления масла;

- жесткость и координаты пружины регулятора; - коэффициент усиления; Т— постоянное время звена.

Уравнение исполнительного органа (ИО) где - жесткость и координаты пружины цилиндра, к3 - коэффициент усиления, - коэффициент пропорциональности Уравнение движения отвала (РО) выражается так Рис. 4. Пахотный сельскохозяйственный агрегат:

а) принципиальная схема, б) функциональная схема; OУ - объект управления; РО - регулирующий орган (отвал); ИО - исполнительный орган (гидроцилиндр); УО - управляющий орган (регулятор); БП - блок питания (гидросистема); ВО - воспринимающий орган (поршень);

СО - сравнивающий орган Количество почвы, пропускаемой между лемехом и отвалом плуга, определяется из зависимости где = координата отвала при Характеристическое уравнение регулятора запишется Регулятор срезает периодическую составляющую момента т.е. становится максимальным тяговым усилием. Тогда уравнение (2) принимает вид Более общим для агрегата другим источником НН является колебания массы и распределение ее по ведущим колесам и бортам.

Снижение влияния колебаний осуществляется продольным и поперечным позиционированием отдельных масс относительно геометрического центра агрегата. [54]. При поперечном позиционировании отрыв колеса или колес от почвы действует на процессы в движителях и трансмиссии.

Отрыв колес бортам от почвы это крайне опасный случай. Для такого случая определена предельный угол поперечного уклона по зависимости где - сила тяжести агрегата; - сила тяжести i-ой СЕ; - поперечная координата центра тяжести СЕ; - показатели степени, определяющие знак выражении в зависимости от пространственных зон; -высота центра тяжести i-той СЕ.

Рис. 5. Теоретические зависимости предельного угла поперечного уклона от угла поворота рамы СХМ для разных значений силы тяжести (физическая модель выполнена на базе трактора МТЗ-80):

3000 Н; - угол склона, - угол поворота рамы СХМ, G2 - сила тяжести от СХМ, и - реакции опорной поверхности на верхние и нижние колеса, соответственно.

График зависимости от угла поворота рамы машин для разных значений силы тяжести С, (рис. 5а,б) показывает, что перемещение центра масс машины, например, в сторону вершины склона снижает возможность отрыва колес от почвы, тем самым снижает динамические нагрузки и обеспечивает устойчивую работу агрегата.

Сочетание технологических процессов в комбинированном агрегате по подготовке почвы и посеву позволяет осуществить самоприспосабливание его к условиям эксплуатации, например, в зависимости от вариации нагрузок. Конструктивные особенности агрегата позволяют получить пять управляемых способов обработки почвы с посевом [33].

Самоприспосабливание осуществляется позиционированием рабочих органов относительно почвы и рамы машины.

сопротивления) осуществляется в процессе трансформации до двигателя и его частей.

При линейной зависимости между и эффективная мощность в неустановившихся режимах определяется по известной зависимости где - математические ожидания, и - величина отклонении от математических ожиданий; к - коэффициент жесткости работы двигателя.

В методическом плане повышение запаса крутящего момента двигателя в установившемся агрегате можно осуществить поворотом корректорной ветви характеристики по ординате выше номинального значения по линии регуляторной ветви. При этом корректорная ветвь будет являться продолжением регуляторной ветви описываться уравнением прямой.

где - цикловая подача топлива, - эффективный кпд. зависит от коэффициента избытка воздуха, и скоростного режима После преобразовании последней зависимости получаем При увеличении нагрузки на двигатель выше номинального корректор всережимного регулятора подает дополнительное топливо, но от системы воздухоподачи дополнительный воздух не поступает. Из-за этого работа двигателя на корректорной ветви характеристики осуществляется со значительным снижением частоты вращения к.в. Для предотвращения такого явления предложены корректирующие устройства [28,36,39].

характеристики апроксимируется зависимостью (В.Н. Болтинский) При условии дополнительной подачи воздуха после интегрирования уравнения (25) угловая скорость вращения к.в.

определяется как где - частота момента сопротивления. Учитывая зависимость (21) в уравнениях (25) и (26) будет в 2 раза меньше, чем в уравнении (2).

Приращение коэффициента запаса крутящего момента двигателя определяется формулой:

На основе изложенного разработаны требования к комплексной системе самоприспосабливаемости:

1. Все системы двигателя должны быть защищены от влияния неустановившихся нагрузок, возникающих на крюке и ведущих колесах.

2. Должна быть обеспечена постоянная мощность двигателя и скорость движения агрегата.

3. Необходимо максимально использовать тяговую мощность трактора.

4. При комплектовании МТА нужно поддерживать высокую загрузку двигателей по крутящему моменту и минимуму расхода топлива.

5. Требуется усовершенствования установленных в базовом агрегате регуляторов и корректоров.

6. Системы управления, реализующие эти требования должны обладать свойствами всережимностью, многоуровневостью, многокоординатностью и многовариантностью. Такими свойствами обладает система [39] (рис. 21 а 4). Датчиком является гибкий элемент, жесткость которого управляется в зависимости от передачи, поэтому координаты гибкого элемента для каждой передачи одинаковы. Система позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет обеспечения синхронного регулирования давления воздуха в шинах колес и переключения передач. При этом корректируются сцепление шины с почвой и соотношения подачи воздуха и топлива. Кроме того, объект позволяет контролировать загрузку двигателя.

В третьей главе приведены результаты теоретических исследований по снижению внешних и внутренних динамических нагрузок на ДВС конструктивными методами и способами. Для обеспечения гибкости привода силовой установки и экономичности работы агрегата разработан и рекомендован способ установки нескольких двигателей на один трактор.

Для снижения внутренних потерь в КШМ рекомендуется подпружинить юбку поршня относительно его тела или выполнить тело поршня из гибкого материала, например, эластомера (рис. 6.А1), регулировать просвет между поршнем и гильзой при помощи рабочих газов, находящихся в камере сгорания поршня, и усилие прижатия компрессионных колец к гильзе при помощи рабочих газов (рис.6.А2).

Составлено уравнение процесса обеспечения соотношения подачи воздуха к подаче топлива при работе ДВС на корректорной ветви (рис.6.Б1). Работа оптиматора описывается уравнением равновесия сил где - усилие от пневмодинамического давления; FK - сила штока корректора; - усилие пружины штока; Fno - усилие пружины оптиматора; Fmрш, - усилие трения шарика; - сила инерции шарика;Fnnpk и Fnno - силы предварительного сжатия пружины штока и оптиматора.

Предложено устройство управления впрыском топлива (рис.6.Б2).

Разработан и исследован объект управления систем смазки (А.с. 1458612).

В двигателях передаточное отношение в приводе масляного насоса постоянно. Частота вращения вала насоса nн при НН определяется как где i - передаточное отношение привода насоса; - номинальная частота вращения к.в.; - приращение частоты вращения двигателя в зависимости от нагрузки.

На приводе насоса установлен вариатор для изменения частоты вращения вала насоса в соответствии с формулой (29).

Кривошипно-шатунный механизм I.Гибкость элементов поршня механизмов и систем двигателя Рис. 7. График изменения передаточного числа i привода масляного насоса в зависимости вращения коленчатого вала двигателя Д- Можно записать где Q - часовая производительность насоса; с - конструктивный коэффициент.

Из графика (рис.7) видно, что изменение i в зависимости от приращения частоты вращения пдв имеет гиперболическую зависимость.

Зависимость осевого движения диска вариатора [57] с диаметром привода Dдв выражается где - приращение диаметра привода вариатора. Другими способами улучшения работы системы смазки являются управление процессами очистки, долива, освежения и уменьшения давления.

Важным в работе является измерение и учет загрузки и наработки двигателя. В объектах [39,40] в качестве датчиков оптимизатора приняты гибкие элементы на тягах навески и магнит, размещенный на рейке топливного насоса. Оба датчика находятся под действием динамических нагрузок. Первое измерительное устройство обеспечивает контроль загрузки, а второе-подсчет наработки.

В четвертой главе приведены результаты теоретических исследований кинематической и динамической связи ДВС с движителями при передаче крутящего момента. Основными требованиями к объектам передачи момента являются компактность, управляемость передаточных отношений, возможность распределения сцепной массы и мощности двигателя по движителям.

При равномерном движении касательная сила Рк определяется зависимостью (9), а при динамическом характере движения определяется Степень неравномерности динамической определяется зависимостью Проанализированы вопросы передачи крутящего момента от двигателей, работающих на каждый ведущий мост, и применения шаровых передач в трансмиссии.

Приведена классификация колесных машин и блокирующихся дифференциалов.