CC BY
43
эксперимент" и являются наиболее высокой ступенью математического моделирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Моисеев Н.И. Экология глазами математика. (Серия "Кибернетика: неограниченные возможности и возможные ограничения"). - М.: Молодая гвардия, 1988 -254 с.
2. Малинецкий Г.Г. Хаос. Структуры. Вычислительный эксперимент: Введение в нелинейную динамику. - М.: Наука, 1977. -255 е..
3 Шулъце К.-П., Реберг К.-Ю. Инженерный анализ адаптивных систем /Пер. с нем. - М: Мир, 1992. - 280 с.
4. Изерман Р. Цифровые системы управления /Пер. с англ. -М.: Мир, 1984, 541 с.
Получено 26.07.02.
УДК 631.3:629.114.2
В.Ф. КЛЕИЛ, канд. техн. наук;
A.И. МИХАЙЛОВ, канд. техн. наук
B.А. ЩЕРБАКОВ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА
Предложена энергетическая модель функционирования почвообрабатывающего агрегата. Проведенные исследования показывают, что повышение производительности почвообрабатывающих агрегатов может быть получено за счет оптимизации соотношения массы трактора и мощности двигателя. Для вспашки стерни нормальной влажности на скорости 8 км/ч, при допустимом буксовании 10%, оптимальными параметрами колесного трактора класса 1,4 будут эксплуатационная масса тэ=4790 кг и мощность двигателя Ы= 69,0 кВт. При этом по тяге он будет соответствовать тяговому классу 2.
Почвообрабатывающие агрегаты, как и другие мобильные сельскохозяйственные агрегаты, работают в условиях изменяющихся
внешних воздействий, обусловленных многочисленными и разнообразными факторами. Такими факторами являются: неровности поверхности поля, физико-механические свойства почвы и др. Влияние различных факторов сказывается на неравномерности загрузки тракторов и на показателях качества работы, а также на энергетических затратах. На неравномерность тяговых сопротивлений и технологические показатели работы агрегатов существенное влияние оказывает скорость движения агрегатов.
Результаты исследований [1, 2] показывают, что функционирование почвообрабатывающего агрегата можно представить в виде модели, представленной на рис. 1.
В качестве входной величины в данной модели предлагается переменная случайная величина Ку, характеризующая обрабатываемую среду (почву). Она включает в себя параметры почвы, влияющие на тягово-сцепные свойства трактора и сопротивление рабочей машины: удельное сопротивление, плотность сложения, несущая способность, влажность, агрофон, фракционный состав и т. д.
В качестве управляющих воздействий приняты номинальная мощность двигателя N„. эксплуатационная масса трактора тэ, оптимальная ширина захвата почвообрабатывающего агрегата Вопт и коэффициент сцепления движителей с почвой (рсц.
Функционирование системы контролируется возмущающими воздействиями в виде ограничений: по качеству работы Пк, допустимое буксование движителей Sdom максимальное давление на почву qmax, оптимальная рабочая скорость vonm и оптимальная загрузка трактора £опт.
Выходным параметром в этом случае является удельный (на гектар) расход топлива qyö.
Критериальный показатель (функция цели) в общем виде имеет вид:
qyd=f(NH, W)-► min, (1)
то есть, расход топлива зависит от номинальной мощности двигателя и производительности агрегата и стремится к минимуму.
Математическая модель функционирования почвообрабатывающего агрегата разработана на основе методики построения потенциальных эксплуатационных характеристик (ПЭХ) МТА [1,2].
В*« Чей
Пк |
дал
V Ol Li шт
Рис.1. Информационная модель функционирования почвообрабатывающего агрегата
Методика построения потенциальных эксплуатационных характеристик (ПЭХ) сводится к определению теоретической производительности агрегата Ж для возможных сочетаний ширины захвата агрегата Вр, рабочей скорости сопротивления рабочей машины <:/ и тягового усилия Ркр при максимальной тяговой мощности трактора N
1 у / у; тах •
Мощность двигателя, необходимую для преодоления сопротивления орудия и самопередвижения трактора, с учетом допустимого буксования и оптимальной рабочей скорости, определяем по зависимости:
О V ф
з оптт н
(2)
АJ --
wo-^J
где £\г - коэффициент загрузки двигателя; ¿у=0.9 [3]; срн - номинальный коэффициент использования тягового усилия [3];
с
(¡ , - эксплуатационный вес трактора, кН; ёдоп - допустимое буксование движителей; //,,/- к.п.д., учитывающий потери на перекатывание и механические потери в трансмиссии.
к<р„
где К. С- коэффициенты, учитывающие потери на перекатывание и механические потери [4].
На тяжелых работах (пахоте, дисковании), ввиду значительного буксования движителей, колесные тракторы необходимо балластировать до максимально возможного уровня. Этот уровень определяется с учетом показателя и (кН/м) [5, 6, 7], который представляет вес трактора, приходящийся на опорное основание 11=95 кН/м.
"Чистая" производительность агрегата за час работы согласно
[1]:
7ЧМР ' (4)
где Ркр - тяговое усилие трактора в функции рабочей скорости, кН; Ск - коэффициент, учитывающий почвенные условия [1]; Су - коэффициент использования тягового усилия в зависимости от скорости [1]; у^ - коэффициент, учитывающий влияние увеличения скорости на тяговое сопротивление орудия [1]; к - удельное сопротивление почвы, Н/см2; ар- глубина обработки, см.
Исходными данными для построения ПЭХ являются потенциальные тяговые характеристики тракторов, которые представляют собой расчетные или опытные зависимости рабочей скорости \р от тягового усилия Ркр при максимальной крюковой мощности Ыкр тах для разных типов тракторов на типовых агрофонах.
Для построения потенциальных тяговых характеристик тракторов с различными сочетаниями эксплуатационной массы и мощности двигателя при различном коэффициенте сцепления необходимо установить зависимость Ур(Ркр) расчетным путем. Для этого воспользовались методикой построения потенциальной тяговой характери-
стики трактора из [4]. Сначала определили зависимость буксования движителей трактора от коэффициента использования сцепного веса:
с 11 а
8 = - 1п--(5)
Ьф-ф
г кр тах т кр
где д - буксование движителей; <ркр и <ркр тах - коэффициент использования сцепного веса и его максимальное значение; а, Ь - эмпирические коэффициенты [3].
Для исследования влияния на ПЭХ коэффициента сцепления движителей с почвой коэффициент (ркр тах определяли из соотношения:
(Рщ, тах г тах "/, (6)
где (ртах- максимальный коэффициент сцепления для данного трактора в конкретных условиях; / - коэффициент сопротивления перекатыванию трактора [5].
Коэффициент сркр определили из соотношения:
Р
—
Фкр--^, (7)
исц
где (¡а, - сцепной вес трактора, кН.
Для определения (ркр задались значениями Ркр от Р кр=0 до Рн с шагом Л Ркр=0.2 кН. Номинальное тяговое усилие трактора определяли по формуле [3]:
Рп = Я>п&э , (8)
где (¡ , - эксплуатационный вес трактора, кН.
Значения рабочей скорости \р , соответствующие значениям тягового усилия < 1'кр < /'„. определили по зависимости [4]:
ътнщ-8)
Vp = г^ , „ ^ ■ (9)
ОЛС + (рЛ
СЦ V Т кр ,
Затем значения Ркр и \р аппроксимировались по зависимости:
PKp=f(vP)
(10)
полиномом второй степени:
у=а0+а1х+а2х ,
.2
(П)
приняв: у= Ркр, х= ур.
Значения Ж рассчитываются по выражению (4). Затем определяются значения расхода топлива:
где Ст- часовой расход топлива при рабочем ходе, кг/ч.
В результате получены данные о влиянии изменения массы трактора, мощности двигателя и коэффициента сцепления на производительность агрегата и расход топлива.
Проведенные исследования показывают, что повышение производительности почвообрабатывающих агрегатов может быть получено за счет оптимизации соотношения массы трактора и мощности двигателя.
Для вспашки стерни нормальной влажности на скорости 8 км/ч, при допустимом буксовании 10% [8], оптимальными параметрами колесного трактора класса 1,4 будут эксплуатационная масса 4790 кг и мощность двигателя 69,0 кВт. При этом по тяге он будет соответствовать тяговому классу 2.
Установка на задние колеса более широких шин при балластировании трактора позволит на пахоте повысить производительность и уменьшить расход топлива на 16-18 %, при одновременном уменьшении разрушения и уплотнения почвы движителями.
1. Вайнруб В.И., Догановский М.Г. Повышение эффективности использования энергонасыщенных тракторов в НЗ.- Л.: Колос, 1982.-224 с.
2. Вайнруб В.И. и др. Пути оптимизации параметров почвообрабатывающих агрегатов //VI Miçdzynarodowe sympozjum Ekologiczne aspekty mechanizacji nawozenia, ochrony roslin i uprawy gleby. - Warszawa. - 23-24 wrzesnia 1999 г., - str. 211-216.
(12)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Колобов Г.Г., Парфенов А.П. Тяговые характеристики тракторов. - М.: Машиностроение, 1972. - 153 с.
4. Парфенов А.П. и др. К методике построения теоретической тяговой характеристики и баланса мощности сельскохозяйственного трактора//Тракторы и сельхозмашины. -1978. - № 3. - С. 8-10.
5. Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. - М.: Машиностроение, 1966. - 195 с.
6. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. - М.: ВИМ, 1998. - 368 с.
7. Ксеневич И.П. и др. Рациональный типоразмерный ряд перспективных сельскохозяйственных тракторов //Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1990. -№ 11. - С. 4-7.
8. Вайнруб В.И. и др. Ограничение буксования движителей трактора. // VII Miedzynarodowe sympozjum "Ekologiczne aspekty mechanizacji nawozenia ochrony roslin uprawy gleby" - Warszawa. -2000. -C. 211-215.
Получено 18.02.02.
УДК 631.531.17-52:633(470.31) В Н. БРОВЦИН, канд. техн. наук
ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАХОТНЫМ АГРЕГАТОМ
В статье обоснована структура экстремального управления агрегатами и предложены средства анализа и синтеза ее параметров методом вычислительного эксперимента. В качестве примера использована экстремальная система управления устойчивостью пахотного агрегата.
Структура экстремальной системы зависит от математического описания объекта управления и технических средств реализации алгоритма.
Для сельскохозяйственных процессов и агрегатов, учитывая специфику условий их эксплуатации, по мнению ряда авторов [1, 2, 3],
