CC BY
35
10. Ustrojstvo upravleniya toplivopodachej dizelya [Tekst] : pat. 2260145 Rossijskaya Feder-aciya, MPK7 F02M 59/36. / Slavuckij V. M., Larcev A. M., Salykin E. A. i dr.; zayavitel' i paten-toobladatel' VolgGTU. - №2004100643/06; zayavl. 08.01.04; opubl. 10.09.05. Byul. № 25.
11. Forsirovanie toplivnogo nasosa po skorostnomu rezhimu [Tekst]/ V. M. Slavuckij [i dr.] // Progress transportnyh sredstv i sistem - 2002: mater. Mezhdunar. nauch. -- praktich. konf., Volgograd, 8 - 11 oktyabrya 2002 g. / VolgGTU i dr. - Volgograd, 2002. - Chast' 2. - S. 204- 205.
E-mail: [email protected]
УДК 629.114.2
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЯГОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В НАВЕСНОМ УСТРОЙСТВЕ ТРАКТОРА
METHOD OF INCREASING THE ACCURACY OF MEASUREMENT OF THE DRIVE RESISTANCE IN THE OUTBOARD ACCESSORIES
OF THE TRACTOR
Р.А. Косульников, кандидат технических наук, доцент А.А. Карсаков, кандидат технических наук, доцент С.Д. Фомин, кандидат технических наук, доцент Е.А. Назаров, кандидат технических наук, доцент
R.A. Kosul'nikov, A.A. Karsakov, S.D. Fomin, E.A. Nazarov
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
Для оценки достоверности разрабатываемых моделей процесса взаимодействия с почвой рабочих органов с.-х. машин, движителей различного рода транспортных средств необходимы точные значения экспериментальных данных по тяговым испытаниям, полученным в поле или почвенном канале. Тензометрирование широко используется в мире для оценки усилий и напряжений в силовых конструкциях. При проведении полевых тяговых испытаний важнейшим показателем является определение горизонтальной составляющей тягового усилия со стороны сельскохозяйственного орудия, однако на точность измерения этого показателя влияет множество факторов, один из которых угловые колебания остова трактора в продольно-вертикальной плоскости (галопирование). Для определения горизонтальной составляющей тягового усилия при использовании трехточечного крепления агрегата к трактору применяются, так называемые, тензопальцы, установленные в местах соединения МТА. Так как сумма напряжений не зависит от точки приложения силы по длине тензопальца, то тензодатчики должны лежать в одной горизонтальной плоскости. Разработанный метод с использованием предлагаемого варианта схемно-конструктивного решения позволит существенно повысить точность измерения горизонтальной составляющей тягового усилия. Устройство обеспечивает поворот тензопальцев в зависимости от галопирования трактора, которое происходит из-за деформации шин и почвы, упругих элементов мостов, вследствие неровностей поверхности качения. Это позволяет тензодатчикам находиться в неизменном горизонтальном положении, вследствие этого повышается точность измерений. Результаты такого рода исследований необходимы для проектирования, моделирования, прогнозирования, оценки эффективности и оптимизации различных видов с.-х. машин, внедорожных транспортных средств, землеройных машин, тракторов и с.-х. оборудования для обработки почвы, тяговых элементов, колесных мобильных роботов и автономных тяговых транспортных средств и др.
To assess the reliability of the developed models of the process of interaction with the soil of agricultural workers. machines, propulsors of various types of vehicles, exact values of the experimental data on traction tests obtained in the field or soil channel are needed. Strain gauging is widely used in the world to assess the forces and stresses in power structures. In the field of traction testing, the most important indicator is the determination of the horizontal component of the tractive effort on the part of the agricultural implement, but the accuracy of measuring this index is influenced by many
factors, one of which is the angular oscillations of the tractor's skeleton in the longitudinal-vertical plane (galloping). To determine the horizontal component of the traction force when using the three-point attachment of the unit to the tractor, the so-called tensile fingers installed in the joints of the MTA are used. Since the sum of the stresses does not depend on the point of application of force along the length of the tensile finger, the strain gauges should lie in one horizontal plane. The developed method with the use of the proposed variant of the circuit-design solution will significantly increase the accuracy of measuring the horizontal component of the tractive effort. The device ensures the rotation of the tensors according to the galloping of the tractor, which occurs due to deformation of the tires and soil, elastic elements of the bridges, due to uneven rolling surface. This allows the strain gauges to be in an unchanged horizontal position, thereby increasing the accuracy of the measurements. The results of this kind of research are necessary for designing, modeling, forecasting, evaluating the efficiency and optimization of various types of agricultural products. machines, off-road vehicles, earth-moving machines, tractors and agricultural machinery. equipment for soil cultivation, traction elements, wheeled mobile robots and autonomous traction vehicles, etc.
Ключевые слова: тензодатчик, тензопалец, горизонтальная составляющая тягового усилия, навеска, измерение тягового сопротивления
Key words: strain gauge, tensor, horizontal component of pulling force, hitch, measurement of traction resistance.
Введение. В последнее время многие исследователи в мире изучают процессы взаимодействия с почвой рабочих органов с.-х. машин, движителей различного рода транспортных средств с помощью моделирования, в том числе, с применением метода конечных и дискретных элементов [2-4, 6, 7, 12]. Для оценки достоверности разрабатываемых моделей необходимы точные значения экспериментальных данных по тяговым испытаниям, полученным в поле или почвенном канале. Результаты такого рода исследований необходимы для проектирования, моделирования, прогнозирования, оценки эффективности и оптимизации различных видов с.-х. машин, внедорожных транспортных средств, землеройных машин, тракторов и с.-х. оборудования для обработки почвы, тяговых элементов, колесных мобильных роботов и автономных тяговых транспортных средств и др. [7].
Одной из составляющих тягового баланса трактора является горизонтальная составляющая тягового сопротивления сельскохозяйственного орудия и, если оно навесное и присоединяется с помощью трёхточечного крепления навески, то его величина будет равна сумме горизонтальных составляющих со стороны тяг на остов трактора. Обычно для определения горизонтальных составляющих применяют тензопальцы, которые по концам прикрепляют к треугольнику автосцепки, а к середине пальцев присоединяются тяги навески трактора. Вместе с тем точка приложения силы P от тяги на палец в процессе работы может перемещаться по длине пальца (размер f, рисунок 2а).
Материалы и методы. Тензометрирование является одним из основных экспериментальных методов исследования напряженного и деформированного состояния конструкций при изучении поведения натурных объектов в период пусконаладочных и эксплуатационных работ, а также исследования в лабораторных условиях напряженного состояния конструкций на моделях на стадии проектирования. Тензометрирование широко используется в мире для оценки усилий и напряжений в силовых конструкциях [8, 10, 11]. Адекватность численного анализа подтверждается экспериментами с тен-зометрическими датчиками [9].
Горизонтальные составляющие тягового сопротивления равны величинам усилий, действующих вдоль них и умноженным на косинус угла между горизонталью и продольной осью тяги. Однако в процессе работы агрегата величины углов а и в (рисунок 1б) ме-
няются из-за деформаций шин, упругих элементов мостов, неровностей. Так, если в первоначальный момент времени угол между верхней тягой и горизонталью будет ао, а нижняя тяга горизонтальна Р=0 (рисунок 1а), то при увеличении нагрузки происходит поворот остова трактора, а вместе с ним и треугольника автосцепки на угол Р (рисунок 1б).
Ф
Рисунок 1 - Силы, действующие на рычаги навески трактора: а) - при горизонтальном положении остова; б) - при отклонении остова на угол Р
Рисунок 2 - Эпюра напряжений от изгибающей силы Р: а) - точка приложения силы Р; б) - эпюра напряжений от изгибающей силы Р
Величины углов поменяются (угол ао станет равным ах и угол Р не будет равен нулю). В этом случае тензодатчики, установленные жёстко в местах крепления тяг, не будут давать точные значения горизонтального усилия. Таким образом, для определения горизонтальной составляющей тягового усилия сельскохозяйственного орудия необходимо, чтобы тензопальцы находились относительно горизонтальной плоскости в неизменном положении и показания не изменялись от смещения точки приложения силы Р (рисунок 2а).
Из уравнения статики, согласно рисунку 2а:
Яа-с-Р-(с-П = 0 , (1)
отсюда имеем:
Яа = Р-Р^- и ДВ=Р-С , (2)
Максимальные напряжения изгиба в точке К балки (рисунок 2а) будут:
р • ъ-р-
=-£, (3)
где = —— осевой момент сопротивления поперечного сечения пальца [5], R - радиус поперечного сечения пальца.
Максимальные напряжения изгиба в точке М балки (рисунок 3 а) будут:
р-
= ^ (4)
Сумма напряжений в точках К и М будут:
р'ь /о
а = —. (5)
Как видно из формулы (5), сумма напряжений не зависит от точки приложения силы Р по длине балки.
ВЕРТИКАЛЬ
ГОРИЗОНТАЛЬ +
Рисунок 3 - Расположение тензодатчиков на пальце круглого поперечного сечения: а) - схема наклейки тензодатчиков на пальце круглого поперечного сечения; б) - схема соединения тензодатчиков в цепь
Исходя из этого, ниже приведена схема наклейки тензодатчиков на пальце круглого поперечного сечения для определения горизонтального усилия на него (рисунок 3 а) [1]. Для замера горизонтального усилия тензодатчики должны лежать в одной горизонтальной плоскости (в точках 1 и 3, в которых будут действовать максимальные напряжения от горизонтальной силы РГ, а напряжения от сил РВ равны нулю (рисунок 2б)) на одинаковом расстоянии от опор по разные стороны от точки приложения силы.
Тензопалец представляет собой цилиндр на двух опорах. На одинаковом расстоянии Ь от опор наклеены тензодатчики, согласно рисунку 3 а, и соединены, согласно рисунку 3б. Все датчики должны лежать в одной плоскости (горизонтальной) в этой же плоскости должна лежать сила РГ.
Рисунок 4 - Схема устройства, позволяющего удерживать тензопальцы
в горизонтальном положении
Рисунок 5 - Схема навески с устройством, позволяющим удерживать тензопальцы в горизонтальном положении
Результаты и обсуждение. Для более точного измерения горизонтальной составляющей тягового усилия предлагается следующая конструкция задней навески трактора.
На остове трактора 1 (рисунок 4) спереди жёстко установлен гидроцилиндр 2 с копиром 3, сзади установлен гидроцилиндр 12 с копиром 3. К тягам 4 и 5 навески трактора через тензопальцы 7 присоединен треугольник автосцепки 8. На треугольнике автосцепки
8 установлен вал 19 (рисунок 5, к которому жёстко прикреплен рычаг 15 через тягу 14, взаимодействующий с коромыслом 13, к концам которого закреплены штоки гидроцилиндров 6 и 8. Вместе с тем, к валу 19 прикреплены три рычага 16, последние соединены тягами 17 с тремя рычагами 18, жёстко соединёнными с тензопальцами 7.
Работа устройства осуществляется следующим образом: вначале (при отсутствии нагрузки на крюке) тензопальцы выставляют так, чтобы тензодатчики лежали в горизонтальной плоскости. Во время работы остов трактора поворачивается, жидкость из гидроцилиндров 2 и 12 по магистралям 10 и 11 начнёт перетекать в гидроцилиндры
9 и 6, что приводит к перемещению коромысла 13 и повороту через рычаг 15 вала 19, который через рычаги 16, тяги 17, рычаги 18 поворачивает тензопальцы 7. Передаточное отношение привода должно быть таковым, чтобы угол поворота остова трактора 1 и угол поворота тензопальцев 7 был одинаковым. При одинаковых диаметрах гидроцилиндров 2, 12, 6 и 9 соотношение длин рычагов 15 ( li5), 16 (lie), 18(/I8 ) и расстояния между копирами (l) должно соответствовать формуле:
Заключение. Разработанный метод повышения точности измерения тягового сопротивления в навесном устройстве трактора с использованием предлагаемого варианта схемно-конструктивного решения позволит существенно повысить точность измерения горизонтальной составляющей тягового усилия, что повышает точность оценки адекватности различных моделей процессов взаимодействия рабочих органов сельскохозяйственных машин с почвой, необходимых для проектирования, моделирования, прогнозирования, оценки эффективности и оптимизации различных видов с.-х. машин, внедорожных транспортных средств, землеройных машин, тракторов и с.-х. оборудования (для обработки почвы, тяговых элементов, колесных мобильных роботов и автономных тяговых транспортных средств и др.)
Библиографический список
1. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных [Текст]/ Г.В. Веденяпин. - М.: Колос,1973. - 200 с.
2. Гапич, Д.С. Динамика движения упруго закрепленного рабочего органа культива-торного МТА [Текст] / Д.С. Гапич, С.Д. Фомин, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. -2017. - № 10. - С. 28-32.
3. Гапич, Д.С. Энергетические и качественные показатели работы культиваторного МТА в режиме автоколебаний рабочих органов [Текст] / Д.С. Гапич, С.Д. Фомин, О.А. Денисова // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. - 2015. - Т. 1. - № 4 (26). - С. 17-20.
4. Кузнецов, Н.Г. О проблемах использования сельскохозяйственных машин с упругим креплением рабочих органов [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, Д.С. Гапич, Е.А. Назаров // Известия Нижневолжского агроуниверситеского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - №1(17). - С. 132-135.
5. Сопротивление материалов [Текст]/ А. В. Александров [и др.]; под ред. А. В. Александрова. - 4-е изд. испр. - М. : Высшая школа, 2004. - 560 с.
6. Ovchinnikov A. S., Mezhevova A. S., Novikov A. E., Fomin S. D.,. Pleskachev Yu. N., Borisenko I. B.. Zvolinsky V. P, Tyutyuma N. V. and Vorontsova E. S. (2017). Energy and Agrotech-nical indicators in the testing of machine-tractor units with subsoiler. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12(24), 2277-2284. Retrieved from www.scopus.com
7. Ani, O.A., Uzoejinwa, B.B., Ezeama, A.O., Onwualu, A.P., Ugwu, S.N., Ohagwu, C.J. 2018. Overview of soil-machine interaction studies in soil bins (Review), Soil and Tillage Research, V. 175: 13-27
8. Biswal, S (Biswal, S.)[ 1 ] ; Ramaswamy, A (Ramaswamy, A.) 2016, Measurement of existing prestressing force in concrete structures through an embedded vibrating beam strain gauge, MEASUREMENT, Volume: 83 Pages: 10-19, DOI: 10.1016/j.measurement.2016.01.031
9. Hosokawa, S (HOSOKAWA, S); Sato, S (SATO, S); Miyata, C (MIYATA, C) 1991. Contraction deformation of bolt shank in threaded connection, Bulletin of the Japan Society of precision engineering, Volume: 25 Issue: 1 Pages: 58-63
10. Koffi, K (Koffi, K); Chieragatti, R (Chieragatti, R); Huet, J (Huet, J); Bouchet, E (Bou-chet, E), Edited by:Carlomagno, GM; Brebbia, CA, 1999, Experimental and finite elements study of the behaviour of a double shear bolted joint submitted to tensile and bending forces, Computational methods and experimental measurements ix, Book Series: International series on computational engineering, Pages: 361-370.
11. Sharma, V (Sharma, V); Isaacs, JB (Isaacs, JB); Nemat-Nasser, S (Nemat-Nasser, S). 1998. Measurement of tensile properties of metallic fails. Journal of applied mechanics-transactions of the asme, Volume: 65 Issue: 3 Pages: 782-783. DOI: 10.1115/1.2789128
12. Skonieczny, K. 2018. Modeling the effects of surcharge accumulation on terrestrial and planetary wide-blade soil-tillage tool interactions (Article), Soil and Tillage Research, Volume 176, Pages 104-111
Reference
1. Vedenyapin, G. V. Obschaya metodika ]ksperimental'nogo issledovaniya i obrabotki opy-tnyh dannyh [Tekst]/ G. V. Vedenyapin. - M.: Kolos,1973. - 200 s.
2. Gapich, D. S. Dinamika dvizheniya uprugo zakreplennogo rabochego organa kul'tiva-tornogo MTA [Tekst] / D. S. Gapich, S. D. Fomin, E. V. Shiryaeva // Traktory i sel'hozmashiny. -
2017. - № 10. - S. 28-32.
3. Gapich, D. S. }nergeticheskie i kachestvennye pokazateli raboty kul'tivatornogo MTA v rezhime avtokolebanij rabochih organov [Tekst] / D. S. Gapich, S. D. Fomin, O. A. Denisova // Izvestiya Moskovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universi-teta MAMI. - 2015. - T. 1. - № 4 (26). - S. 17-20.
4. Kuznecov, N. G. O problemah ispol'zovaniya sel'skohozyajstvennyh mashin s uprugim krepleniem rabochih organov [Tekst]/ N. G. Kuznecov, D. S. Gapich, E. A. Nazarov // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversiteskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. -2010. - №1(17). - S. 132-135.
5. Soprotivlenie materialov [Tekst]/ A. V. Aleksandrov [i dr.]; pod red. A. V. Aleksandrova. -4-e izd. ispr. - M. : Vysshaya shkola, 2004. - 560 s.
6. Ovchinnikov A. S., Mezhevova A. S., Novikov A. E., Fomin S. D.,. Pleskachev Yu. N., Borisenko I. B.. Zvolinsky V. P, Tyutyuma N. V. and Vorontsova E. S. (2017). Energy and Agrotech-nical indicators in the testing of machine-tractor units with subsoiler. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12(24), 2277-2284. Retrieved from www.scopus.com
7. Ani, O.A., Uzoejinwa, B.B., Ezeama, A.O., Onwualu, A.P., Ugwu, S.N., Ohagwu, C.J.
2018. Overview of soil-machine interaction studies in soil bins (Review), Soil and Tillage Research, V. 175: 13-27
8. Biswal, S (Biswal, S.)[ 1 ] ; Ramaswamy, A (Ramaswamy, A.) 2016, Measurement of existing prestressing force in concrete structures through an embedded vibrating beam strain gauge, MEASUREMENT, Volume: 83 Pages: 10-19, DOI: 10.1016/j.measurement.2016.01.031
9. Hosokawa, S (HOSOKAWA, S); Sato, S (SATO, S); Miyata, C (MIYATA, C) 1991. Contraction deformation of bolt shank in threaded connection, Bulletin of the Japan Society of precision engineering, Volume: 25 Issue: 1 Pages: 58-63
10.Koffi, K (Koffi, K); Chieragatti, R (Chieragatti, R); Huet, J (Huet, J); Bouchet, E (Bouchet, E), Edited by:Carlomagno, GM; Brebbia, CA, 1999, Experimental and finite elements study of the behaviour of a double shear bolted joint submitted to tensile and bending forces, computational methods and experimental measurements ix, Book Series: International series on computational engineering, Pages: 361-370]
ll.Sharma, V (Sharma, V); Isaacs, JB (Isaacs, JB); Nemat-Nasser, S (Nemat-Nasser, S). 1998. Measurement of tensile properties of metallic fails. Journal of applied mechanics-transactions of the asme, Volume: 65 Issue: 3 Pages: 782-783. DOI: 10.1115/1.2789128
12. Skonieczny, K. 2018. Modeling the effects of surcharge accumulation on terrestrial and planetary wide-blade soil-tillage tool interactions (Article), Soil and Tillage Research, Volume 176, Pages 104-111
E-mail: [email protected]
УДК 330.4: 502: 351.853027
ОПТИМАЛЬНЫЕ СТРАТЕГИИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК
OPTIMAL STRATEGIES FOR REGULATION OF PRODUCTION EMISSIONS OF AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX COMPANIES
М.С. Лукашин, аспирант А.Ф. Рогачев, доктор технических наук, профессор
M.S. Lukashin, A.F. Rogachev
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
На основе построенной математической модели проводится анализ, какой из инструментов регулирования производственных выбросов предприятий: экологические нормативы или продаваемые квоты на производственные выбросы загрязняющих веществ - позволяет минимизировать совокупные затраты стратегии экологического регулирования. Доказано, что регулятор экологической политики, имеющий целью ограничить совокупный уровень выбросов данного загрязняющего вещества несколькими предприятиями, может минимизировать совокупные затраты, применяя специфичные для предприятий экологические нормативы. Система продаваемых квот на производственные выбросы позволяет минимизировать совокупные затраты стратегии эколого-экономического регулирования только в том случае, если издержки экологического аудита одинаковы для всех предприятий. Установлено, что в случае, если затраты на осуществление штрафных санкций различаются между предприятиями, конкурентный рынок квот на производственные выбросы (который обеспечивает единственную равновесную цену квот на производственные выбросы загрязняющих веществ для всех предприятий) не будет минимизировать совокупные затраты обеспечения совокупного объема выбросов на определенном уровне, допуская определенную степень несоответствия экологическим требованиям. Следовательно, на основе математического моделирования процессов формирования производственных выбросов предприятий охарактеризована эффективная стратегия, регулирующая выбросы загрязняющих веществ с использованием экологических нормативов и квот в качестве инструмента регулирования.
On the basis of the constructed mathematical model, an analysis is made of which of the instruments for regulating industrial emissions of enterprises - environmental standards or quotas sold for industrial emissions of pollutants - allows to minimize the total costs of the strategy of environmental regulation. It has been proved that the environmental policy regulator, aiming to limit the aggregate level of emissions of a given pollutant by several enterprises, can minimize total costs by applying enterprise-specific environmental standards. The system of quotas sold for production emis-
