Научная статья на тему 'Математические модели эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами'

Математические модели эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
105
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
математическая модель / эксплуатационные качества / почвообрабатывающий агрегат / динамичные рабочие органы. / mathematical model / operating performance / soil tillage unit / dynamic working tool.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Н. И. Джабборов, Г. А. Семенова

Повышение эффективности технологии обработки почвы неразрывно связано с эксплуатационными качествами почвообрабатывающих агрегатов. Повышение эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов возможно при улучшении их эксплуатационных свойств, такие как производительность, топливная экономичность, маневренность, управляемость, адаптивность, безопасность движения и т.д. Целью исследований являлось разработка математических моделей для определения эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами. Объектами исследований являлись закономерности изменения эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов. Предметом исследований являлись технологические процессы обработки почвы. При проведении исследований применялись теоретические методы моделирования, основанные на изучении физических закономерностей, протекающих в процессе обработки почвы; анализ экспериментальных данных, полученных собственными исследованиями и исследованиями других авторов. Научную новизну работы составляют разработанные математические модели для определения и оценки топливной экономичности, производительности и адаптивности почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами. В статье дан краткий анализ некоторых эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов; предложен новый способ уменьшения тягового сопротивления и его характеристик рассеяния, заключающийся в разработке и использовании динамичных почвообрабатывающих рабочих органов, способных легко адаптироваться к удельному сопротивлению почвы, автоматически изменять угол резания и крошения, ширину захвата в допустимых пределах. Автоматическое изменение конструктивных параметров становится возможным благодаря применению упругих элементов связывающих отдельные составляющие части динамичных рабочих органов. Пределы изменения конструктивных параметров можно заранее устанавливать при проектировании рабочих органов. Адаптация рабочих органов к удельному сопротивлению почвы зависит от величины скорости движения, скорости напора и площади фронтальной проекции динамичных рабочих органов. Автоматические управление параметрами рабочих органов обеспечит снижение дисперсии тягового сопротивления, что в итоге обеспечит повышение эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов. Разработанные математические модели позволяют более широко представлять структуру основных эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами, сделать выводы о значимости параметров, раскрывают основные причины появления низкочастотных и высокочастотных колебаний. Разработанные математические модели являются более совершенными, описывающими закономерность изменения эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов с новыми динамическими рабочими органами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Н. И. Джабборов, Г. А. Семенова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MATHEMATICAL MODELS OF OPERATING PERFORMANCE OF TILLAGE MACHINES WITH DYNAMIC WORKING TOOLS

High efficiency of a soil tillage technology is closely associated with the operating performance of tillage machines. Improving the performance of tillage units is possible through improving their operational properties, such as capacity, fuel efficiency, maneuverability, controllability, adaptability, safe running, etc. The aim of the study was to develop mathematical models of operating performance of tillage units with dynamic working tools. The study objects were variation patterns of operational properties of soil-cultivating units. The study subject was the technological processes of soil tillage. Theoretical modeling methods, based on the study of physical regularities occurring during the tillage process, were applied. Experimental data obtained in the own research and the studies of other authors were analysed. The scientific novelty of the work was manifested in created the mathematical models to determine and assess the fuel efficiency , productivity and adaptability of soil-tillage units with dynamic working tools. The article provides a brief analysis of some operating properties of tillage units. A new way is proposed to reduce the traction resistance and its measure of dispersion through the development and use of dynamic tillage tools, which can easily adapt to specific soil resistance and automatically change the angle of cutting and soil pulverisation and the coverage within allowable limits. Automatic change of the design parameters is made possible using elastic elements connecting the components of dynamic working tools. The variation limits of design parameters can be pre-set at the designing stage. Adaptation of the working tools to specific soil resistance depends on the speed, dynamic resistance and the front projection area of the dynamic working tools. Automatic control over parameters of the working tools will reduce the dispersion of traction resistance that, in the end. will ensure better operating properties of the tillage units. The developed mathematical models make it possible to more broadly present the structure of the main operational properties of tillage units with dynamic working tools, to draw the conclusions about the significance of the parameters, to reveal the main causes of low-frequency and high-frequency vibrations. These models are more sophisticated; they describe the variation pattern of operational properties of tillage units with new dynamic working tools.

Текст научной работы на тему «Математические модели эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами»

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства_

УДК 631.372.:510.2

DOI 10.24411/0131-5226-2018-10062

ОРГАНАМИ

Г.А. Семенова

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург,Россия

Повышение эффективности технологии обработки почвы неразрывно связано с эксплуатационными качествами почвообрабатывающих агрегатов. Повышение эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов возможно при улучшении их эксплуатационных свойств, такие как производительность, топливная экономичность, маневренность, управляемость, адаптивность, безопасность движения и т.д. Целью исследований являлось разработка математических моделей для определения эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами. Объектами исследований являлись закономерности изменения эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов. Предметом исследований являлись технологические процессы обработки почвы. При проведении исследований применялись теоретические методы моделирования, основанные на изучении физических закономерностей, протекающих в процессе обработки почвы; анализ экспериментальных данных, полученных собственными исследованиями и исследованиями других авторов. Научную новизну работы составляют разработанные математические модели для определения и оценки топливной экономичности, производительности и адаптивности почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами. В статье дан краткий анализ некоторых эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов; предложен новый способ уменьшения тягового сопротивления и его характеристик рассеяния, заключающийся в разработке и использовании динамичных почвообрабатывающих рабочих органов, способных легко адаптироваться к удельному сопротивлению почвы, автоматически изменять угол резания и крошения, ширину захвата в допустимых пределах. Автоматическое изменение конструктивных параметров становится возможным благодаря применению упругих элементов связывающих отдельные составляющие части динамичных рабочих органов. Пределы изменения конструктивных параметров можно заранее устанавливать при проектировании рабочих органов. Адаптация рабочих органов к удельному сопротивлению почвы зависит от величины скорости движения, скорости напора и площади фронтальной проекции динамичных рабочих органов. Автоматические управление параметрами рабочих органов обеспечит снижение дисперсии тягового сопротивления, что в итоге обеспечит повышение эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов. Разработанные математические модели позволяют более широко представлять структуру основных эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами, сделать выводы о значимости параметров, раскрывают основные причины появления низкочастотных и высокочастотных колебаний. Разработанные математические модели являются более совершенными, описывающими закономерность изменения эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов с новыми динамическими рабочими органами.

Ключевые слова: математическая модель; эксплуатационные качества; почвообрабатывающий агрегат; динамичные рабочие органы.

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2018. Вып. 96_

Для цитирования: Джабборов Н И.. Семенова Г.А.. Математические модели эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3 (96). С. 93-104.

MATHEMATICAL MODELS OF OPERATING PERFORMANCE OF TILLAGE MACHINES

WITH DYNAMIC WORKING TOOLS

N.I. Dzhabborov, DSc (Engineering); G.A. Semenova

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

High efficiency of a soil tillage technology is closely associated with the operating performance of tillage machines. Improving the performance of tillage units is possible through improving their operational properties, such as capacity, fuel efficiency, maneuverability, controllability, adaptability, safe running, etc. The aim of the study was to develop mathematical models of operating performance of tillage units with dynamic working tools. The study objects were variation patterns of operational properties of soil-cultivating units. The study subject was the technological processes of soil tillage. Theoretical modeling methods, based on the study of physical regularities occurring during the tillage process, were applied. Experimental data obtained in the own research and the studies of other authors were analysed. The scientific novelty of the work was manifested in created the mathematical models to determine and assess the fuel efficiency, productivity and adaptability of soil-tillage units with dynamic working tools. The article provides a brief analysis of some operating properties of tillage units. A new way is proposed to reduce the traction resistance and its measure of dispersion through the development and use of dynamic tillage tools, which can easily adapt to specific soil resistance and automatically change the angle of cutting and soil pulverisation and the coverage within allowable limits. Automatic change of the design parameters is made possible using elastic elements connecting the components of dynamic working tools. The variation limits of design parameters can be pre-set at the designing stage. Adaptation of the working tools to specific soil resistance depends on the speed, dynamic resistance and the front projection area of the dynamic working tools. Automatic control over parameters of the working tools will reduce the dispersion of traction resistance that, in the end, will ensure better operating properties of the tillage units. The developed mathematical models make it possible to more broadly present the structure of the main operational properties of tillage units with dynamic working tools, to draw the conclusions about the significance of the parameters, to reveal the main causes of low-frequency and high-frequency vibrations. These models are more sophisticated; they describe the variation pattern of operational properties of tillage units with new dynamic working tools.

Key words: mathematical model; operating performance; soil tillage unit; dynamic working tool.

For citation. Dzhabborov N.I., Semenova G.A. Mathematical models of operating performance of tillage machines with dynamic working tools. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstvaprodukcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 3(96). 93-104. (In Russian)

Введение

Эксплуатационные качества трактора -это совокупность свойств, составляющих такую определенность трактора, которая отличает его от другого трактора.

Важнейшими эксплуатационными

качествами трактора, представляющими собой совокупность эксплуатационных свойств, являются топливная экономичность, производительность и адаптивность.

Повышению эффективности технологии обработки почвы путем разработки новых и совершенствования применяемых

стандартных почвообрабатывающих рабочих органов и машин посвящены многочисленные исследования

отечественных и зарубежных ученых. В этом плане заслуживают внимание научные труды известных ученых [1-4].

В качестве эксплуатационных свойств трактора ещё рассматривают [5, 7]:

маневренность, плавность хода,

экологичность, безопасность движения, тягово-скоростные свойства.

Повышение эксплуатационных качеств тракторов возможно при улучшении их эксплуатационных свойств. Расчеты показывают, что применение динамичных рабочих органов с новыми свойствами может обеспечить существенное улучшение

почвообрабатывающих агрегатов. Известные математические модели для определения эксплуатационных свойств МТА не раскрывают структуру их формирования с

почвообрабатывающих рабочих органов с почвой. В связи с этим возникла необходимость совершенствование

известных и разработка новых математических моделей для определения

динамичными рабочими органами.

Материалы и методы

Целью исследований является разработка математических моделей для определения эксплуатационных качеств

динамичными рабочими органами.

Объектами исследований являются закономерности изменения

эксплуатационных свойств, в совокупности

которых составляют эксплуатационные качества почвообрабатывающих агрегатов.

Предметом исследований являлись технологические процессы обработки почвы.

При проведении исследований применялись теоретические методы моделирования, основанные на изучении физических закономерностей, протекающих в процессе обработки почвы; системный

экспериментальных данных, полученных в разные годы собственными исследованиями и исследованиями других авторов.

Результаты и обсуждение

Ниже приводим краткий анализ основных эксплуатационных свойств трактора в составе МТА.

Топливная экономичность. Топливная экономичность трактора определяется различными эксплуатационными и конструктивными факторами. Основными показателями топливной экономичности трактора являются удельный расход топлива на единицу тяговой мощности дкр и на единицу выполненной работы ()га.

Удельный расход топлива на единицу тяговой мощности дк р определяется по формуле [7]:

' (1)

где Ст - часовой расход топлива двигателя на заданном режиме работы трактора, кг/ч; ААкр - тяговая мощность трактора на заданном режиме работы (передачи) трактора, кВт.

Удельный расход топлива на единицу выполненной работы фга определяется по формуле [8]:

О. =К',Л +О^Тх+Ст.0Т0]/Жч, кг/га (2)

где С

т.р

расход топлива двигателя при

установившемся рабочем режиме, кг/ч; Отх-расход топлива двигателя при холостых поворотах и переездах трактора, кг/ч; Ото-расход топлива на остановках при

работающем двигателе, кг/ч; 7'р - чистое рабочее время, ч; Гх - время холостого хода и переезда МТА, ч; Т0 - время остановок при

работающем двигателе, ч.

Удельный расход топлива на единицу тяговой мощности дкр зависит от степени загрузки трактора. В связи с этим использование режима максимальной тяговой мощности на конкретной рабочей передаче имеет большое значение. При всех прочих равных условиях, минимум удельного расхода топлива трактора на единицу тяговой мощности дкр обеспечивается при максимальном коэффициенте полезного действия (КПД) трактора.

Неполная загрузка трактора служит основной причиной ухудшения его топливной экономичности. В этой связи, на мало энергоёмких технологических процессах, целесообразно работать на частичных скоростных и нагрузочных режимах трактора.

Высокую топливную экономичность можно достичь при выборе и реализации рациональных скоростных и нагрузочных режимов работы тракторов с помощью бортовых компьютеров, которыми оснащены современных трактора.

Удельный расход топлива на единицу выполненной работы @га, как показывает анализ выражения (2), зависит от часового расхода топлива двигателя на различных режимах его работы, степени использования времени смены и производительности агрегата. Чем больше производительность агрегата, тем меньше расход топлива на единицу выполненной работы.

В целом, с учетом выше изложенного, топливную экономичность МТА можно обеспечить:

- рациональной загрузке трактора;

- работой МТА при максимальном КПД трактора;

- применением бортовых компьютеров для контроля и управления скоростными и нагрузочными режимами работы МТА;

- эффективным использованием времени смены;

- повышением производительности МТА;

- применением комбинированных МТА,

технологических операций;

применением принципиально новых рабочих органов, обеспечивающих высокое качество работы и требующих минимум потребной мощности.

Проходимость. Проходимость трактора

- это его способность выполнять технологические процессы на требуемом агротехническом уровне в различных почвенно-климатических условиях.

Колесные тракторы подразделяют на 2 группы по проходимости:

- колесные тракторы, выполненные по схеме 4x2, относятся к тракторам обычной проходимости;

- колесные тракторы, выполненные по схеме 4x4, или оснащенные полугусеничным ходом, относятся к тракторам повышенной проходимости.

назначения считают тракторами обычной проходимости, а болотные их модификации, к тракторам повышенной проходимости.

Производительность. Производительность МТА - это объем выполненной работы за единицу времени (га/ч; т/ч; м3/ч и т.д.).

Существуют различные пути повышения производительности МТА, например:

- повышение КПД тракторов;

повышение эффективной мощности двигателей;

- увеличение ширины захвата машин;

- улучшение условий труда операторов;

эффективное использование времени смены;

обеспечение высокого уровня работоспособности МТА;

- уменьшение удельного сопротивления машин;

- рациональное комплектование МТА;

- работа МТА в рациональных скоростных и нагрузочных режимах;

- применение автоматизированных средств контроля и управления режимами работы МТА и др.

Реализация перечисленных выше мероприятий обеспечит повышение эксплуатационных качеств тракторов в составе различных МТА.

батывающим агрегатам, с учетом известных, научно обоснованных методов и средств, следует особо выделить наиболее значимые пути, обеспечивающие существенное повышение их эксплуатационных качеств.

На наш взгляд, учитывая энергоемкость технологии обработки почвы, наиболее значимыми являются применение принципиально новых рабочих органов, обеспечивающих высокое качество работы и требующих минимум потребной мощности, уменьшение удельного сопротивления рабочих органов и почвообрабатывающих машин, их управления в процессе выполнения технологических процессов. В этой связи, требуется разработка новых и совершенствование общеизвестных

математических моделей для определения показателей оценки эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов.

Математические модели для определения показателей оценки эксплуатационных качеств

почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами

Анализ показывает, что наиболее значимым параметром в структуре эксплуатационных показателей и качеств почвообрабатывающих агрегатов, является тяговое сопротивление рабочих органов и

машин в целом. От тягового сопротивления зависит значения удельного сопротивления, потребной мощности, производительность и удельный расход топлива на единицу выполненной работы, что в конечном итоге определяют эксплуатационные качества почвообрабатывающих агрегатов.

Предложенный нами новый способ уменьшения тягового сопротивления и ее характеристик рассеяния, заключающийся в разработке и использовании динамичных почвообрабатывающих рабочих органов [910], способных легко адаптироваться к удельному сопротивлению почвы, автоматически изменять угол атаки и крошения, ширины захвата в допустимых пределах, может существенно повысит

почвообрабатывающих агрегатов.

В связи с этим, с учётом новых свойств динамичных рабочих органов, требуется обоснование математических моделей для определения показателей оценки

почвообрабатывающих агрегатов.

Топливная экономичность. В отличие от известной формулы (1), которая выражает удельный расход топлива трактора на определенном режиме его работы на единицу тяговой мощности, развиваемая трактором, топливную экономичность

динамичными рабочими органами можно выразить фактическим значением удельного расхода топлива на единицу его потребной мощности.

Топливную экономичность почвообрабатывающего агрегата с динамичными рабочими органами можно оценить по удельному расходу топлива на единицу потребной мощности:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

_ 103СТР _ 2-103-СТр ^ ~ ~ Сп-Кд-Тп-Кр2-^' ( 3

/V,, - потребная мощность

почвообрабатывающей машины, кВт; Кд -

коэффициент террадинамического

сопротивления учитывает обтекаемость рабочих органов; коэффициент Кд зависит

от формы, качества поверхности рабочего органа и твердости (плотности) почвы.

Удельный расход топлива на единицу выполненной работы почвообрабатывающим агрегатом с динамичными рабочими органами определяется по формуле:

3Nu -

GtpTP+GTXTX+GTQTQ w„

(4)

_ 2(СтрТр + СтхтХ + (*Т0т0} _

_ О^бК^СдТКдТп^3 —

_ 0,0 5 5 5Ка(СГрГр + втхТх + СтоТо)

~ тКдТп '

где Ст р, Ст х, Ст о - часовой расход топлива

двигателя соответственно при рабочем ходе, на холостых переездах и поворотах и во время остановок агрегата с работающим

двигателем,

кг/ч; Т.

р'

соответственно чистое рабочее время, время на холостые переезды и повороты, и время остановок агрегата с работающим двигателем, ч; Ка - удельное сопротивление почвообрабатывающей машины, кН/м; т -коэффициент использования времени смены; Сп = 102 - поправочный коэффициент; Кд — коэффициент террадинамического сопротивления, учитывающий обтекаемость рабочих органов; Тп - твердость почвы, кг/см2; Ур - скорость движения почвообрабатывающего агрегата, м/с; /•"" — общая площадь фронтальной проекции рабочих органов почвообрабатывающей

машины при заданной глубине обработки

2

ПОЧВЫ, м .

Производительность.

Производительность МТА по мощности определяется по известной формуле [7, 8]: Щ, = 0,36 ■ ?7Т ■ т ■ к"1 ■ Ые, (5)

или

W4 = 0,36 ■ т ■ к

а

JV,

кр>

(6)

где 7]т - тяговый коэффициент полезного действия трактора на рабочем режиме; т -коэффициент использования времени работы

агрегата; ка - удельное сопротивление агрегата, кН/м; Ые - эффективная мощность двигателя, кВт; Ыкр - тяговая мощность трактора на рабочем режиме, кВт.

Применительно к почвообрабатывающим агрегатам с динамичными рабочими органами выражение (6) можно представить в следующем виде: Шч = 0,36 ■ т ■ к^1 ■ ЛГП = 0,36 ■ т ■

к,"1^^, (7)

После некоторых преобразований получим:

щ, = 0,18Ск'К"Т"1/р3^,'Т, (8)

ка

где Ск — коэффициент пропорциональности,

кя

зависящии от размерности параметров

2 Рщ>

Тп, и Р* (Ск= ю2); Кд=- р

Тп -VI

коэффициент террадинамического сопротивления, учитывающий обтекаемость

рабочих органов;

Кь-Тп 2В„

удельное сопротивление агрегата, определяемое в зависимости от конструктивно-технологических параметров динамичных рабочих органов, кН/м.

Структура модели (8), в отличие от известных моделей (5) и (6), дает основу для анализа того, как производительность почвообрабатывающего агрегата зависит от конструктивно-технологических параметров динамичных рабочих органов, скоростных и нагрузочных режимов их работы.

Анализ модели (8) показывает, что ключевыми, наиболее значимыми параметрами в повышении

производительности являются скорость движения и удельное сопротивление почвообрабатывающего агрегата. При этом величина удельного сопротивления почвообрабатывающего агрегата зависит от скорости, площади фронтальной проекции, ширины захвата агрегата и коэффициента террадинамического сопротивления,

учитывающих обтекаемость рабочих органов. Следует отметить, что скорость,

коэффициент террадинамического

сопротивления являются управляемыми параметрами и в зависимости от конструктивно-технологических

агрегатов могут изменяться в определенных (заданных) пределах. В структуре модели (8) наиболее значимыми представляются скорость напора (или динамическое давление)- ТП

Ур — величина кинетической

энергии, имеющая размерность давления, скорость движения и площадь фронтальной

Произведенные нами ранее расчеты показали, что с увеличением скорости движения значение коэффициента

КА

террадинамического сопротивления уменьшается, а тяговое усилие Ркр и потребная мощность N и

увеличиваются. С повышением скорости движения скорость напора на динамичные рабочие органы возрастает быстрее, чем тяговое сопротивление агрегата.

Вхождение в известных математических моделей (5) и (6) новых параметров и факторов, характеризующих особенности

почвообрабатывающих рабочих органов, позволит получить новые результаты и знания. Полученные в итоге аналитических исследований математические модели (7) и (8) являются более совершенными, описывающими закономерность изменения производительности почвообрабатывающих агрегатов с новыми динамическими рабочими органами.

Вхождение в известных математических моделей (5) и (6) новых параметров и факторов стало реальным благодаря

приобретения рабочими органами новых свойств динамичности. Предложенные в итоге математические модели (7) и (8) обеспечат с более высокой степенью вероятности прогнозировать величину производительности в зависимости от энергетических и конструктивно-технологических параметров

почвообрабатывающих агрегатов.

Адаптивность. Адаптивность является одним из основных свойств

описывающее возможность их перевода с одного режима (скоростного и нагрузочного) на другое.

Адаптивность почвообрабатывающих рабочих органов также является важным их свойством, описывающим возможность изменения конструктивных и

технологических параметров в заданных пределах.

динамичных рабочих органов позволяют изменять конструктивные и технологические параметры автоматически.

Автоматическое изменение

конструктивных параметров (угол резания, площадь фронтальной проекции, угол крошения) становится возможным благодаря применению упругих элементов

связывающих отдельные составляющие части динамичных рабочих органов. Пределы изменения конструктивных параметров можно заранее устанавливать при формировании отдельно взятых рабочих органов. Адаптация рабочих органов к удельному сопротивлению почвы зависит от величины скорости движения, скорости напора и площади фронтальной проекции

Автоматические управление параметрами рабочих органов обеспечит снижение дисперсии тягового сопротивления, что в итоге обеспечит повышение

качеств

Rn

эксплуатационных почвообрабатывающих агрегатов. Значение тягового сопротивления

динамичными рабочими органами можно определить по формуле: Дя = 0,5 ■ Кд ■ Тп ■ V/ ■ Р, (9)

С учетом того, что произведение твердости почвы Тп и квадрат скорости

движения [/Гр: представляет собой скорость

напора (или динамические давление) Рд выражение (9) можно записать так:

Ra = 0,5 KMP"MF

(10)

Ra

0,5КдРд

С учётом

(11)

того,

что

Р" = т

ГД

получим:

pi* _ Rn

0,5КдТпКр2'

Анализ

(12) (12)

выражений (11) и показывает, что основной причиной изменения площади фронтальной проекции

т-т*

г рабочих органов почвообрабатывающей машины служит разница в интенсивности

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

возрастания тягового

R„

Рд = Тп ■ Ц,2. При интенсивном повышении

Д хп "р

скорости напора происходит некоторое изменение коэффициента террадинамического сопротивления Кд .

В итоге при прохождении рабочего органа через твердый (плотный) слой почвы

Как было отмечено выше, с повышением скорости движения почвообрабатывающего агрегата происходит увеличение скорости напора (динамического давления). При этом происходить автоматические мгновенное уменьшение площади фронтальной проекции рабочих органов и коэффициента террадинамического сопротивления Кд .

Из выражения (9) и (10), находим площадь фронтальной проекции рабочих органов почвообрабатывающей машины при заданной глубине обработки почвы:

и скорости напора

обеспечивается автоматическое снижение тягового сопротивления.

Если выражение (12) применять для анализа почвообрабатывающих агрегатов со стандартными рабочими органами, лишенными свойства динамичности, при фиксированном значении скорости движения

террадинамического сопротивления Кд

остается постоянным, разница в интенсивности возрастания тягового сопротивления и скорости напора, из-за постоянства площади фронтальной проекции рабочих органов, приводит к увеличению

тягового сопротивления .

Математические модели (11) - (12) выражают закономерность изменения

гг*

площади г фронтальной проекции

почвообрабатывающей машины в

зависимости от тягового сопротивления , коэффициента террадинамического

сопротивления Кд, твердости почвы Тп,

скорости движения Ур агрегата и скорости

напора (динамического давления) Рд.

Интенсивность возрастания тягового

сопротивления и скорости напора Рд по мере повышения скорости движения почвообрабатывающего агрегата не является случайностью, а закономерным.

На рисунке 1 представлена графическая зависимость тягового усилия Ркр (или тягового сопротивления) и скорости напора Рд от скорости движения почвообрабатывающего агрегата.

почвообрабатывающих агрегатов.

Разработанные математические модели закладывают аналитический фундамент повышения эксплуатационных качеств

строящийся на анализ структуры оценочных показателей процесса обработки почвы и свойств динамичных рабочих органов.

Конструкция динамичных рабочих органов позволяет изменять угол резания и крошение почвы, а также их площадь фронтальной проекции в определенных допустимых пределах, без ущерба на показатели качества обработки почвы. При работе на повышенных скоростях в динамичных рабочих органах появляются высокочастотные колебания.

Как показали исследования [13] высокочастотные колебания с определенной амплитудой обеспечивают устойчивое дробление почвы на отдельные элементы, снижают сопротивление почвы

деформированию вследствии расшатывания межагрегатных связей в почве и снижения её прочности. При наличии высокочастотных колебаний не образуется нарост на режущих кромках почвообрабатывающих рабочих органов.

Выводы

Применительно к почвообрабатывающим агрегатам с динамичными рабочими органами, в качестве основных эксплуатационных свойств, характеризующих их эксплуатационные качества выбраны: топливная экономичность, производительность и адаптивность.

Разработаны математические модели для определения показателей оценки

эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами, учитывающие коэффициент террадинамического

сопротивления, твердость и влажность почвы, скорость движения, площадь

Рис. 1. Графическая зависимость тягового усилия Ркр (или тягового сопротивления) и скорости напора Р" от скорости движения Ур почвообрабатывающего агрегата [11]

Тяговое сопротивление В-а (или тяговое усилие Ркр) и скорость напора Рд, как и скорость движения

почвообрабатывающего агрегата являются случайными величинами. Более интенсивное возрастание скорости напора Рд на динамичные рабочие органы, по сравнению с их тяговым сопротивлением Яа, с повышением скорости движения (рисунок 1), вызывает тенденцию к уменьшению

площади фронтальной проекции г и угла резания почвы. В целом, вариация тягового

сопротивления скорости напора Рд,

скорости движения почвообра-

батывающего агрегата в совокупности являются ключевыми факторами [12] и

высокочастотных колебаний в конструкции динамичных рабочих органов.

В целом, из-за конструктивных

почвообрабатывающих рабочих органов, дисперсия тягового сопротивления и других параметров и показателей, которые до сих пор была неуправляема, становиться управляемой в заданных пределах, что имеет большое значение при повышении

фронтальной проекции динамичных почвообрабатывающих рабочих органов. Математические модели позволяют более широко представлять структуру основных эксплуатационных свойств почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами, сделать выводы о значимости параметров, раскрывают основные причины появления

низкочастотных и высокочастотных колебаний. Разработанные математические модели являются более совершенными, описывающими закономерность изменения

почвообрабатывающих агрегатов с новыми динамическими рабочими органами. Вхождение в ранее известных математических моделей новых параметров и факторов стало реальным благодаря приобретения рабочими органами новых свойств динамичности. Предложенные математические модели обеспечат с более высокой степенью вероятности

прогнозировать величину показателей, характеризующих эксплуатационные

качества почвообрабатывающих агрегатов в зависимости от их энергетических и конструктивно-технологических параметров.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лобачевский ЯП., Старовойтов С.И.,

технологическая оценка

почвообрабатывающего рабочего органа //Сельскохозяйственные машины и технологии. 2015. №5. С. 10-13.

2. Мазитов Н.К., Лобачевский ЯП., Рахимов P.C., Хлызов Н.Т., Шарафиев Л.З., Садриев

технология обработки почвы и посева на основе собственных конкурентоспособных инновационных машин //Достижения науки и техники АПК. 2014. №7. С. 68-70.

3. Измайлов А.Ю., Лобачевский ЯП., Сизов O.A. Перспективные пути применения энерго и экологически эффективных машинных технологий и технических средств //Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013. № 4. С. 8-11.

4. Жук А.Ф. Новые способы послойной обработки почвы //Сельскохозяйственные машины и технологии. 2014. №4. С.13-18.

5. Баженов Е.Е. Теория автомобиля и трактора /Е.Е. Баженов. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2000. - 126 с.

6. Богатырев A.B., Лехтер В.Р. Тракторы и автомобили: Учебник / М. :НИЦ ИНФРА-М, 2016.425 с.

7. Агеев Л.Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-

Ленинградское отделение, 1978. 296 с.

8. Иофинов С.А., Лышко Г.П. Эксплуатация машинно-тракторного парка. - М.: Колос, 1984.-351 с.

9. Рабочий орган для рыхления почвы // Патент РФ на полезную модель № 169104. 03.032017 / Джабборов Н.И., Евсеева С.П., Семенова Г. А.

10. Рабочий орган для рыхления почвы // Патент РФ на полезную модель № 182130. 03.08 2018 / Джабборов Н.И., Захаров A.M., Семенова Г. А.

11. Джабборов Н.И., Захаров A.M. Методика определения энерготехнологических параметров почвообрабатывающих машин с учетом террадинамического сопротивления рабочих органов //Молодой ученый.2016. № 15 (119), август-1. С. 241-250.

12. Синеоков Г.Н., Панов И.И Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1977. 328 с.

REFERENCES

1. Lobachevskii Ya.P., Starovoitov S.I., Chemisov N.N. Energeticheskaya i tekhnologicheskaya otsenka pochvoobrabatyvayushchego rabochego organa [Power and technological evaluation of soil cultivating working tool]. Sel'skokhozyaistvennye mashiny i tekhnologii. 2015. N 5: 10-13. (In Russian)

2. Mazitov N.K., Lobachevskii Ya.P., Rakhimov R.S., Khlyzov N.T., Sharafiev L.Z., Sadriev F.M., Dmitriev S.Yu. Rossiiskaya tekhnologiya obrabotki pochvy i poseva na osnove sobstvennykh konkurentosposobnykh innovatsionnykh mashin [Russian tillage and seeding technology on the basis of national competitive innovative machines]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2014, N 7: 68-70. (In Russian)

3. Izmailov A.Yu., Lobachevskii Ya.P., Sizov O.A. Perspektivnye puti primeneniya energo i ekologicheski effektivnykh mashinnykh tekhnologii i tekhnicheskikh sredstv [Promising ways of using energy and environmentally efficient machine technologies and technical means]. Sel'skokhozyaistvennye mashiny i tekhnologii. 2013, N 4: 8-11. (In Russian)

4. Zhuk A.F. Novye sposoby posloinoi obrabotki pochvy [New ways of graded tillage]. Sel'skokhozyaistvennye mashiny i tekhnologii. 2014, N 4: 13-18. (In Russian)

5. Bazhenov E.E. Teoriya avtomobilya i traktora [Theory of motor-car and tractor]. Ekaterinburg: UGTU - UPI, 2000: 126. (In Russian)

6. Bogatyrev A.V., Lekhter V.R. Traktory i avtomobili: Uchebnik [Tractors and motor-cars.

Manual]. Moscow: NITs INFRA-M, 2016: 425. (In Russian)

7. Ageev L.E. Osnovy rascheta optimal'nykh i dopuskaemykh rezhimov raboty mashinno-traktornykh agregatov [Basics for calculating the optimal and allowable operation modes of machine-tractor units]. Leningrad: Kolos, Leningradskoe otdelenie, 1978: 296. (In Russian)

8. Iofinov S.A., Lyshko G.P. Ekspluatatsiya mashinno-traktornogo parka [Machine and tractor fleet operation]. Moscow: Kolos, 1984: 351. (In Russian)

9. Dzhabborov N.I., Evseeva S.P., Semenova G.A. Rabochii organ dlya rykhleniya pochvy [Working tool for soil loosening]. Patent RF on utility model N 169104, 2017. (In Russian)

10. Dzhabborov N.I., Zakharov A.M., Semenova G.A. Rabochii organ dlya rykhleniya pochvy. [Working tool for soil loosening]. Patent RF on utility model N 182130. 2018. (In Russian)

11. Dzhabborov N.I., Zakharov A.M. Metodika opredel eniya energotekhnol ogi cheskikh parametrov pochvoobrabatyvayushchikh mashin s uchetom terradinamicheskogo soprotivleniya rabochikh organov [Method to determine the energy and technology parameters of soil-tilling machines taking into account the terra-dynamic resistance of the working tools]. Molodoi uchenyi, 2016, N 15 (119), August-1: 241-250. (In Russian)

12. Sineokov G.N., Panov I.I. Teoriya i raschet pochvoobrabatyvayushchikh mashin [Theory and calculation of tillage machines]. Moscow: Mashinostroenie, 1977: 328. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.