CC BY
36
ПОДХОДЫ К МАТЕМАТИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА ВЫРУБКАХ КРУГОВЫМИ
ПЛОЩАДКАМИ
APPROACHES TO MATHEMATICAL MODELING OF THE MACHINE-TRACTOR UNITS TILLAGE ON THE CUTTING CIRCULAR PLATFORM
Онучин Е.М., Алексеев А.Э. Семенов А.А. (МарГТУ, г. Йошкар-Ола, РФ)
Onuchin E.M., Alekseev A.E. Semenov A.A. (Mari State Technical University)
При проектировании машин необходимо определять параметры, влияющие на работу машины, а так же сочетание этих параметров, которые могут обеспечить требуемое соотношение производительности и энергозатрат.
When designing the machines to determine the parameters affecting the operation of the machine, as well as a combination of these parameters, which can provide the desired balance of performance and power consumption.
Ключевые слова: обработка почвы, моделирование, параметры, эффективность
Keywords: soil, modeling, specification, efficiency
В технологическом процессе создания лесных культур на вырубках наиболее энергоёмкими операциями являются работы, связанные с подготовкой ле-сокультурной площади к посадке саженцев или сеянцев древесных растений. Традиционно эти работы включают расчистку лесокультурной площади (сбор порубочных остатков и раскорчёвку) и подготовку почвы к высадке посадочного материала.
При этом существующие машины для подготовки почвы на вырубках, представляющие собой различные лесные плуги и фрезы, не могут эффективно применяться при создании лесных культур биогрупповым способом, как наиболее перспективных с точки зрения обеспечения их устойчивости при создании посадок быстрорастущих деревьев [1].
При этом с энергетической точки зрения создание лесных культур биогруппами позволяет существенно понизить требования к качеству расчистки вырубки, а при определённых условиях даже полностью исключить данные операции.
Для механизации операции подготовки почвы на вырубках при создании лесных культу биогрупповым способом целесообразно использование машинно-тракторных агрегатов с активными рабочими органами с изменяемыми технологическими параметрами.
В проектируемом агрегате (рисунок 1) таким параметром является угол атаки дискового ножа, изменяющийся в процессе работы агрегата, который может обеспечить снижение потребляемой мощности без снижения производительности.
Рисунок 1- Агрегат для обработки почвы круговыми площадками
Агрегат состоит из рамы, на которой установлена балка имеющая возможность неограниченного вращения вокруг оси. Параллельно балке установлена зубчатая рейка. На балке установлены рабочие органы, состоящие из дискового ножа, стойки и узла поворота дискового ножа. Рабочие органы перемещаются вдоль балки посредством гидроцилиндров. Вращение балки осуществляется посредством цепной передачи от редуктора с приводом от вала от отбора мощности.
Работа агрегата осуществляется следующим образом. Трактор подъезжает на место вспашки. Рабочие органы сдвигаются к середине балки. Включается приводной механизм, разгоняющий подвижную балку, с установленными на ней рабочими органами, до необходимой скорости, после чего гидрофициро-ванной навеской трактора агрегат опускается до заглубления рабочих органов на требуемую глубину. После одного оборота балки включаются гидроцилиндры, перемещающие рабочие органы к концам балки, при этом рабочие органы движутся по спирали. Когда рабочие органы достигнут конца балки, приводной механизм и гидроцилиндры останавливаются, и вращение прекращается за счет сил трения. Таким образом происходит вспашка небольшого участка. После этого агрегат поднимается гидрофицированной навеской трактора и трактор переезжает на следующий участок.
При проектировании агрегата для обработки почвы на вырубках круговыми площадками важнейшей является задача обоснования её конструктивных параметров, обеспечивающих с одной стороны максимально высокую производительность, а с другой стороны минимальные затраты энергии. Таким образом, задача оптимизации конструктивных параметров по указанным критериям является многокритериальной.
Первым этапом решения данной задачи является разработка математической модели, устанавливающей взаимосвязь между критериями эффективности
работы машинно-тракторного агрегата, его конструктивными параметрами и природно-производственными условиями выполнения работ.
Влияние изменения различных параметров на производительность агрегата и затраты энергии на обработку почвы. Существуют множество параметров влияющих на производительность работы машинно-тракторного агрегата. Их можно разделить на конструктивные параметрыи природно-производственные условия.
Конструктивные параметры, влияющие на эффективность работы агрегата: максимальный и минимальный размеры (площадь) обрабатываемого участка, скорость движения рабочих органов, максимальная мощность, угол атаки дискового ножа.
Природно-производственные условия можно охарактеризовать следующими параметрами: количество пней на 1 га, требуемая густота посадки, глубина обработки, удельное сопротивление почвы.
При рассмотрении влияния каждого из этих параметров, примем размер всего участка и требуемую густоту посадки одинаковой для всех случаев.
Влияние размера площадки. С уменьшением размера площадки будет уменьшаться потребляемая мощность, при движении рабочих органов по максимальному радиусу, соответственно уменьшаться энергозатраты. Так же с уменьшением размера обрабатываемой площадки уменьшается время на создание одной площадки, но увеличивается количество необходимых площадок для обеспечения необходимой густоты посадки и время на их обработку.Так как при увеличении числа обрабатываемых площадок увеличиваются время, затрачиваемое на перемещение машины между обрабатываемыми площадками, то общая производительность уменьшается.
О - пни - обработанные площадки
Рисунок 2 - Зависимость размера площадки от количества пней
Влияние изменения скорости движения рабочих органов. С увеличением скорости движения рабочих органов производительность увеличивается. Однако увеличение скорости возможно в незначительных пределах, так как при возрастании скорости будет значительно возрастать тяговое сопротивление и со-
ответственно увеличиваться потребляемая мощность, что приведет к увеличению энергозатрат.
Влияние изменения потребляемой мощности. С увеличением потребляемой мощности будет увеличиваться максимальный размер площадки которую можно будет обработать, что даст увеличение производительности, но также увеличение потребляемой мощности приведет к увеличению энергозатрат.
Влияние изменения угла атаки. Изменяя угол атаки дискового ножа с максимального угла, при движении рабочих органов по наименьшему радиусу, до минимального угла, при движении рабочих органов по наибольшему радиусу, можно добиться постоянного значения потребляемой мощности. В результате получается увеличение производительности машины, при незначительном увеличении энергозатрат.
Влияние количества пней на участке. От количества пней на участке зависит размер обрабатываемой площадки. С увеличением количества пней размер площадки, которую можно будет разместить между ними, будет уменьшаться, и соответственно увеличится их количество, что приведет к снижению производительности.
Влияние глубины обработки почвы. Глубина обработки будет влиять на тяговое сопротивление рабочих органов. Увеличение тягового сопротивления ведет к увеличению потребляемой мощности и увеличению энергозатрат.
Влияние типа почвы. На различных типах почв удельное сопротивление почвы различно. Увеличение удельного сопротивления почвы ведет к увеличению потребляемой мощности и увеличению энергозатрат.
Таким образом, в процессе математического моделирования необходимо получить функциональные зависимости производительности и энергозатрат от обозначенных параметров и выявить такое их сочетание, при котором будет обеспечена наибольшая производительность при минимальных энергозатратах.
Список использованных источников
1. Маленко А.А. Исследование краевого эффекта в гнездовых культурах сосны разной начальной густоты в алтайском крае/ А.А.Маленко, В.А. Усольцев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - Барнаул: АГАУ, 2010. - №4 (66). - С. 51-55.
