Научная статья на тему 'Результаты экспериментальных исследовании активного катка в составе комбинированного ботвоуборочного агрегата'

Результаты экспериментальных исследовании активного катка в составе комбинированного ботвоуборочного агрегата Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
82
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АКТИВНЫЙ ПРИКАТЫВАЮЩИЙ КАТОК / ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ / ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА / РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Смелик О.В.

В статье описана схема работы агрегата, схема полевой лабораторной установки, информационная модель комбинированного ботвоуборочного агрегата с секцией активных прикатывающих катков. Приведены результаты полевых исследований агрегата.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Смелик О.В.

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

Results of experimental studies of the active rollers as part of the rink in the combined unit remover topper

The article describes the operation of the unit circuit, the circuit field laboratory setup, the information model of the combined unit remover topper with a section of active rollers. In addition, some results of field research unit.

Текст научной работы на тему «Результаты экспериментальных исследовании активного катка в составе комбинированного ботвоуборочного агрегата»

информации, получаемой от измерительного прибора. Применение предложенных критериев позволяет работать с выборками данных, что сокращает объем обрабатываемой информации в 50 раз и не искажает исходный результат измерений. Используемые статистические критерии позволяют обработать данные с заданным уровнем значимости и дать ответ, лежат ли полученные кривые в доверительном интервале или нет.

Литература

1. Гмурман В.Е. Руководство по решению задач по теории вероятностей и математической статистике: Учебное пособие для вузов / В.Е. Гмурман. - М.: Высш. школа, 1975. - 333с.

2. Тишкин JIB. Диагностика температурного состояния подшипников сельскохозяйственных машин / Л.В. Тишкин, М.А. Ильин, П.А. Ильин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.-2011 - №22.-С. 305-309.

3. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов / А.Б. Лурье. - Л: Колос, 1970. -376 е.: ил.

4. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами / Д. Химмельблау. - М.: Изд.-во «Мир», 1973.-957 е.: ил.

УДК 631.314.1 Аспирант О.В. СМЕЛИК

(СПбГАУ, shaodran@mail.ru)

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АКТИВНОГО КАТКА В СОСТАВЕ КОМБИНИРОВАННОГО БОТВОУБОРОЧНОГО АГРЕГАТА

Активный прикатывающий каток, информационная модель, лабораторная установка, результаты исследований

Для снижения потерь картофеля, вызванных озеленением клубней, проведено совершенствование технологического процесса работы ротационного ботводробителя путем включения в его состав нового рабочего органа - управляемого активного катка, функционирующего в режиме буксования. Составленный таким образом комбинированный ботвоуборочный агрегат [1] позволяет, наряду с механическим удалением ботвы ротационным ботводробителем с помощью активного катка, уплотнить поверхность гребней в слое 0 - 3 см, заделать имеющиеся щели и предотвратить их новое образование при сохранении неизменной плотности почвы внутри гребня. Возможность автоматизированного управления режимом работы катка с помощью бортовой компьютерной системы обеспечивает адаптацию его к реальным условиям функционирования.

Информационная модель активного катка как объекта автоматизированной системы управления (рис.1). Согласно этой модели, активный каток представлен в виде 3-х элементов: привода катка (1), самого катка (2), почвы (3) и является сложной динамической системой, преобразующей входные возмущающие воздействия в выходные процессы, характеризующие внутренние связи объекта управления. На входе первого элемента модели действуют возмущающее воздействие - скорость движения агрегата У(1), управляющее воздействие - частота вращения активного катка п(1) задающее воздействие, представленное в виде настроечного значения степени буксования Н§. Выходным процессом этого элемента является степень буксования катка 8(1).

Нп

Рис. 1. Информационная модель активного катка

На входе второго элемента модели действуют возмущающие воздействия в виде степени буксования 6(1), вертикальной нагрузки на каток <3(1) и плотности почвы до прохода катка ро(1). Выходной параметр этого элемента модели -крутящий момент на валу катка М(1).

Входными процессами третьего элемента модели являются количество трещин на метр рядка до прохода катка Ко(1), крутящий момент на валу катка М(1) и плотность почвы до прохода катка р0(1). Выходными переменными этого элемента будут случайные процессы в виде плотности почвы в поверхностном слое рв(1) и количество трещин на метр рядка после прикатыванияК(1).

Для получения информации о работе объекта управления - активного катка, функционирующего в составе комбинированного ботвоуборочного агрегата, проведены полевые эксперименты с целью подтверждения результатов теоретических исследований, приведенных в работах [2, 3], оптимизации параметров и автоматизации технологического процесса работы. Программа полевых исследований включала проведение пассивного и активного эксперимента. На первом этапе при пассивном эксперименте проводились синхронные записи входных и выходных случайных процессов в соответствии с информационной моделью, показанной на рис. 1, по которым проводился их внутренний анализ строились математические модели объекта исследования.

При активном эксперименте в полевых условиях проводилась регистрации входных и выходных процессов при изменении в процессе опыта степени буксования. Для проведения опыта на поле были размечены 3 участка по 100 метров, измерения проводились за каждый пройденный метр пути.

На рис.2 изображена схема полевой лабораторной установки, состоящей из активного прикатывающего катка и информационно-регистрирующей системы, выполненной на базе полевого компьютера 1, установленного в кабине трактора. Измерительно-преобразовательный блок 2 позволяет проводить в условиях нормального функционирования запись входных и выходных процессов модели агрегата.

4 5

Рис. 2. Схема полевой лабораторной установки

Для регистрации плотности почвы в поверхностном слое гребня до и после прохода катка установлены оригинальные твердомеры б и 9 [4]. В корпус подшипника, установленного на оси катка, вмонтирован тензометрический датчик усилии 3 для измерении процесса вертикальной нагрузки на каток. В приводе активного катка установлен датчик 7, регистрирующий усилие натяжении цепи, по которому о цента лея процесс изменении крутящего момента на валу катка и датчик 4 частоты вращения вала гидромотора, с помощью которого записывалась частота вращения активного катка. Скорость движении агрегата регистрировалась с помощью специально установленного для этого позади агрегата «пятого колеса» 10 с датчиком 11 частоты вращении. Используя информацию о частотах вращении катка и «пятого колеса», рассчитывалась фактическая

скорость агрегата V(l) и скорость вращения катка Vk(l). Степень буксования катка определялась по выражению:

МП П1) ~ т

Информационно-измерительный блок выполнен на базе микроконтроллера Atmega8L и содержит интерфейс USB для связи с полевым компьютером.

Проведенные полевые экспериментальные исследования активного катка в условиях нормального функционирования позволили получить записи случайных входных и выходных процессов, имеющих место при работе агрегата. Результаты обработки опытных данных входных случайных процессов модели в виде оценок числовых характеристик, усредненных по ансамблю реализаций, приведены в табл. 1, а графических - на рис. 3 и 4. Нормированные автокорреляционные функции процессов были аппроксимированы выражением вида р(1) = е-а'т' ■ cosfi(/), где а и (3 - коэффициенты аппроксимации автокорреляционной функции.

Из характера протекания автокорреляционной функции случайного процесса плотности почвы в поверхностном слое гребня до прохода агрегата ро(1) можно сделать вывод о том, что в данном процессе имеются как периодические, так и случайные составляющие. Период 1о спада автокорреляционной функции (кривая 1) составляет около 13м. Частота, при которой спектральная плотность принимает максимальное значение, находится в пределах ¿о—1,5 м"1.

Таблица 1. Оценки статистических характеристик входных процессов модели

Процесс № на рисунке Числовые характеристики Коэффициенты аппроксимации автокорреляционной функций

Обозначение Величина Границы доверительных интервалов а Р

Ро0) 1 тр, г/см3 Ор, г/см3 Vp, % 1,150 0,170 20,000 1,042- 1,264 0,121-0,225 10,127-21,145 0,355 -0,0673

Ко(1) 2 mk, % ok; % Vk, % 3,532 1,113 31,514 3,361-3,710 1,080- 1,665 19,316-43,712 0,334 -0,0009

Q0) 3 mQ, H oQ, H Vq, % 148,790 28,570 19,212 122,53- 175,05 20,138-35,568 11,657-31,52 0,532 0,6250

При Н 61 10% 4 m5b % Обь % v5b% 10,270 0,398 3,878 10,205- 10,343 0,176-0,438 3,00-4,125 0,672 1,0840

5(1)

При Н 62 15% 5 m52, % О 62, % V52, % 15,160 0,310 2,000 15,119-15,203 0,282-0,514 1,547-2,324 0,513 1,0460

При Н бз 20% 6 Ш63, % о63, % Убз,% 19,660 0,536 2,720 19,435- 19,842 0,488-0,619 2,110-2,992 0,354 1,0080

Представленная на рис. 3 и 4 автокорреляционная функция случайного процесса вертикальной нагрузки на каток 0>(1) показывает, что в структуре этого процесса также присутствуют как периодические, так и случайные составляющие. Период 1о спада составляет около 4,2 метра. Максимальные значения спектральной плотности о(7Ь) процесса находятся в пределах ш ' 9 - 10 м"1.

Рис. 3. Нормированные автокорреляционные функции входных процессов модели

а(ш)

Рис. 4. Нормированные спектральные плотности входных процессов модели

На рис. 3 и 4 представлены также автокорреляционные функции и спектральные плотности процесса буксования активного катка 5(1) для настроечных значений степени буксования, равные 10, 15 и 20%. Период спада кривых автокорреляционной функции, полученных при различных настройках буксования, изменяется незначительно. Так, при настройке буксования 10% он составляет 2,8 м, а при 20% - 3,2 м. Диапазон максимальных значений спектральной плотности находится в пределах ¿я4 -7м"1.

Таблица 2. Оценки статистических характеристик выходных процессов модели

Процесс Коэффициенты

№ на Числовые характеристики аппроксимации

рисунке автокорреляционной функции

обозначение величина границы доверительных интервалов а 13

При шрв, г/см3 1,460 1,342- 1,581

На = - орв, г/см3 0,190 0,100-0,260 1,450 1,114

10% Урв, % 13,10 9,150- 17,050

При ГП рБ, г/см3 1,520 1,360- 1,680

Рв(1) Hsi = 15% 1 ОрБ, Г/СМ3 УрВ, % 0,260 17,141 0,200-0,340 12,050-21,700 1,231 1,071

При Шрв, Г/СМ3 1,512 1,310- 1,710

Hsi = - Орв, Г/СМ3 0,300 0,220-0,370 1,152 0,997

20% УрВ, % 19,90 9,810-30,000

При Шк, % 0,045 0,037-0,053

На = - Ок, % 0,013 0,007-0,020 0,423 0,588

10% Ук, % 28,90 14,264-13,240

При Шк, % 0,038 0,024 - 0,052

К(1) На = 15% 2 Ок, % Ук, % 0,011 28,910 0,007-0,019 17,611-40,210 0,411 0,412

При Шк, % 0,031 0,020-0,042

На = - Ок, % 0,010 0,005 - 0,021 0,398 0,284

20% Ук, % 32,300 17,112-47,521

В табл. 2 приведены оценки статистических характеристик выходных процессов модели в виде числовых характеристик, а на рис. 5 и б - в виде графических для настройки степени буксования Нб=10%. Как видно из рис. 5 и 6, в процессах плотности почвы в поверхностном слое гребня р(1) и количестве трещин на 1 м рядка К(1) присутствуют периодические составляющие. Период спада нормированной автокорреляционной функции для процесса р(1) составляет 3,7 м, а для процесса К(1) - около 2 м. Максимальные значения спектральной плотности этих процессов составляют (Б. —3,5м"1, и (Б ^7,7м"1.

Р(1)

<7(СО), С

0,3

0,2

ОД

со, с~

4 б 8 10 12

Рис. 6. Спектральные плотности выходных процессов

14

16

На основе данных полученных при активном эксперименте были построены графики изменения средних значений крутящего момента на валу активного катка М(1) и плотности почвы в поверхностном слое после прохода агрегата рв(1) от степени буксования активного катка 5(1), представленные на рис.7.

Рис.7. Графики и значения средник значений крутящего момента на валу катка и плотности почвы в

поверхностном слое от степени буксования

Из представленных графиков видно, что максимальные значения крутящего момента на валу активного катка соответствуют значению степени буксования 5=14 - 20%. При дальнейшем увеличении степени буксования в зоне контакта поверхности активного катка с почвой начинает преобладать зона скольжения [2], и касательные напряжения на участке контакта катка с почвой достигают максимальных значений и затем снижаются, что приводит к снижению также значений крутящего момента на валу активного катка. Поэтому при этих значениях степени буксования (5=14 -20%) обеспечивается наибольшее уплотнение почвы в поверхностном слое гребней.

Литература

1. Патент РФ №2477943 А0Ш23/02. Комбинированный ботвоуборочный агрегат/ В.А. Смелик, И.З. Теплинский, О.В. Смелик, М.Н. Поликарпов - Заявка 2011133441/13, 09.08.2011, Опубл.: 27.03.2013 Бюл. № 9.

2. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Врублевский В.Д., Смелик О.В. Теоретические основы выбора рациональных режимов работы активного катка в составе комбинированного агрегата для подготовки посадок

картофеля к уборке// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2012. -28. -СПб. -С.346-350.

3. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Смелик О.В. Реологическая модель почвы как объекта формирования требуемой плотности в заданном слое// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2012. -№29,-С.248-254.

4. А.С. № 1302187. - М. кл С 01 N 33/24, 1973.Устройство для оперативного контроля твердости почвы/ А.Б. Лурье, В.Г. Еникеев, ИД Теплинский, К.Н. Мурадов, В.В. Невзоров и КМ. Мамедкулиев.

УДК 631.3.54.2.004.5 Доктор техн. наук М.А. НОВИКОВ

(СПбГАУ, rnihanov25@rambler.ru) Аспирант КГ. ЩЕРБАКОВ

(СПбГАУ, vasya_sh07@mail.ru)

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МОЛОТИЛЬНОГО БАРАБАНА ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА ПО ПАРАМЕТРАМ ВИБРАЦИИ

Диагностика, роторный рабочий орган, дисбаланс, вибрация

Качество функционирования зерноуборочных комбайнов (ЗУК) характеризуется производительностью, потерями, дроблением и степенью повреждения зерна, его засоренностью. Значение этих показателей зависит от большого числа факторов, основными из которых являются: энергозатраты, кинематический режим работы агрегатов и уровень вибрации технологических агрегатов [1].

В силу конструктивных особенностей (остаточная неуравновешенность роторных и возвратно-поступательно движущихся механизмов) основными источниками вибрации ЗУК являются: энергетическая установка (двигатель), режущий аппарат, молотильный барабан, очистка, соломотряс.

Энергетическая установка формирует интенсивные силовые воздействия в низкочастотной области:

где п - частота вращения коленчатого вала двигателя; / - общее передаточное отношение.

Технологические агрегаты комбайна формируют вибрации на частотах, кратных частоте вращения валов и вращающихся роторов. Интенсивность их вибрации зависит от значения возмущающих сил, вызванных эволюцией технического состояния (износ подшипниковых опор, нарушение соосности составных частей, дисбаланс механизмов, ослабление креплений агрегатов и т.д.)

Опыт исследований в области вибрационной диагностики агрегатов уборочных машин показал возможность получения математических моделей связи параметров технического состояния агрегатов с вибрационными характеристиками путем решения дифференциального уравнения колебания материальной точки объекта имеет вид:

(2)

йг Ж

где т, к, к— коэффициенты инерции, демпфирования и жесткости соответственно;

К({) - возмущающая сила.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.