Методы снижения энергозатрат почвообрабатывающих машин с упругозакрепленными рабочими органами

• Автор: Игнатенко, Иван Васильевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 383 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Проблемы энергосбережения в почвообработке

1.2. Энергетические факторы процесса взаимодействия рабочего

органа с почвой в земледельческой механике

1.3. Упругие смещения рабочих органов

1.4. Динамические модели взаимодействия рабочего органа с почвой

1.5. Динамические явления процесса взаимодействия рабочего органа

с почвой

1.5.1. Цикличность изменения силы сопротивления

1.5.2. Устойчивость движения рабочего органа
1.5.3. Автоколебания упруго закрепленного рабочего органа
1.6. Задачи исследования
2. КИНЕМАТИКА УПРУГИХ СМЕЩЕНИЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО А РАБОЧЕГО ОРГАНА
2.1. Характеристики упругих свойств крепления рабочего органа
2.2. Система показателей упругости крепления
2.3. Кинематические режимы работы упругой подвески
2.4. Исследованные образцы упругого крепления рабочих
органов почвообрабатывающих машин
2.5. Методика исследований
2.6. Анализ результатов исследования упругой кинематики
2.7. Выводы
3. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА С ПОЧВОЙ
3.1 .Обоснование физической модели задачи
3.2. Нелинейная математическая модель взаимодействия рабочего
органа с почвой
3.3. Статистическая линеаризация модели
3.4. Прецессия собственных частот нагруженной системы
3.5. Устойчивость движения рабочего органа
3.6. Автоколебания рабочего органа.
3.7. Знергоэффект упругих смещений рабочего органа
3.8. Выводы
4. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
4.1. Наблюдаемость динамических сигналов модели
4.2. Обоснование структуры информационного потока
4.3. Измерительный комплекс для исследования динамики взаимодействия рабочего органа с почвой
4.4. Методика экспериментальных исследований упругих смещений
4.5. Обработка осциллограмм
5 .ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ НА ТЯГОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
5.1. Программа комплекса экспериментальных исследований
5.2. Оценка стационарности и эргодичности упругих смещений
5.3. Статистические характеристики колебаний упругих рабочих органов
5.4. Полевые исследования влияния упругой кинематики рабочего органа
на колебания и энергооэффект
5.5. Регрессионные зависимости энергоэффекта от упругой кинематики
5.6. Лабораторные исследования разгонных характеристик
упруго закреплнных рабочих органов
5.7. Выводы
6. МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА С ПОЧВОЙ
6.1. Постановка задачи
6.2. Обоснование методов идентификации
6.3. Дискретные модели колебаний рабочего органа
6.4. Идентификация параметров разностной модели
6.5. Методы оценки адекватности динамической модели
6.6. Экспериментальная оценка точности идентификации
6.7. Выводы
7. ОПТИМИЗАЦИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ КРЕПЛЕНИЯ
7.1. Параметры и критерии оптимизации упругого крепления
7.2. Статическая оптимизация упругости крепления
7.3. Динамическая оптимизация упругости крепления
по минимуму энергозатрат
7.3.1. Постановка задачи и проблемы динамической оптимизации
7.3.2. Способ решения задачи динамической оптимизации
7.4. Динамическая оптимизация подвесок культиваторных лап
7.5. Экспериментальная оценка точности оптимизации
упругости разработанных подвесок
8. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И КОНСТРУИРОВАНИЮ УПРУГОГО КРЕПЛЕНИЯ
8.1. Программный комплекс расчтов упругих креплений
8.2. Методика конструирования упругих креплений
8.3. Методика полной идентификации упругого крепления
8.3.1. Определение показателей упругости на стенде
8.3.2. Идентификация ненагруженной системы
8.3.3. Идентификация нагруженной системы
8.4. Методика оптимизации жсткости крепления
8.4.1. Статическая оптимизация упругой кинематики
8.4.2. Определение показателей упругости по конфигурации стойки
8.5.Методика динамической оптимизации жесткости упругого крепления
8.5. Синтез конфигурации стержневой упругой стойки заданной жесткости
8.7. Внедрение результатов исследования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


В зарубежном культиваторосгроении особенно широко распространены пружинные стойки рабочих органов для рыхления почвы, поскольку в связи с широким применением гербицидов за рубежом не ставятся высокие требования к подрезанию сорняков, а значит и к искажению геометрии рабочих органов от упругих смещений. Под названиями Vix, i, ivv пружинные зубья и стойки производят многочисленные уже упомянутые выше фирмы. Однако количество конструкций выпускаемых стоек невелико. Типовые образцы их приведены на рис. С самого начала применения пружинных стоек они предназначались для придания рабочему органу упругих смещений для обхода препятствий. Поэтому упругие смещения пружинных стоек считались важным отличительным технологическим фактором, и ему посвящены многие исследования. Прежде всего было установлено, что упругие смещения рабочего органа носят переменный колебательный характер. К концу х годов было обнаружено, что движению упруго закрепленного рабочего органа сопутствуют его интенсивные вибрации. Гц и амплитудой до мм, которые при определенных условиях снижают тяговое сопротивление. Аналогичные наблюдения проводили . Изучал характер и нормировал упругие смещения плугов и культиваторов Г. А. Рябцев. Результаты изучения упругих подвесок Рябцев Г. А. обобщил в своих диссертационных работах и годов 8, 1. Автор пришел к выводам, что упругие смещения способствуют значительному снижению тягового сопротивления до . Снижение тем больше, чем больше частота собственных колебаний рабочего органа, скорость агрегата и более резкое скалывание почвы. Увеличение глубины обработки снижает эффект упругой подвески. Кроме того, упругие смещения оказывают значительное влияние на технологические показатели работы снижается залипание рабочих органов, гребнистость поля, улучшается подрезание сорняков и рыхление почвы, но увеличивается неравномерность хода по глубине. Приводится номограмма для определения оптимальной продольной жесткости. В последующих работах Г. А. Рябцев придерживается этих же позиций 2. В работах Г. Экспериментальными методами проводили исследования работы упругих стоек Н. В. Краснощбков, П. М. Котов , пружинных зубьев Вилде, А. Х. Цесниекс , 3, . I. Труфанов 4. Во всех этих работах математическому моделированию упругих смещений не уделяется достаточного внимания. Только в работах В. Е. Моргачева 3, 4 и . I. Кондратьева , присутствует развитое теоретическое описание автоколебательных процессов рабочего органа как главной причины снижения тягового сопротивления. Но при построении математических моделей колебаний и в этих работах имеются чрезмерные упрощения, как и у Г. А. Рябцева. В х годах модели взаимодействия упругих рабочих органов с почвой совершенствуются, становятся более сложными. С.В. Левицкий 2 учитывал при описании работы упругого крепления две степени свободы и рассматривал колебания в продольновертикальной плоскости. Экспериментально исследовал регрессионную зависимость тягового сопротивления культиваторной лапы от горизонтальной жесткости сц и направления упругих смещений X, нашел область их оптимальных значений. В.Н. Гасилина, А. Х. Цесниекса, Поветьева и др. Нелинейность упругого крепления как самостоятельного показателя его работы учитывалась В. П. Базаровым и И. А. Шевченко 9, 7. В качестве нелинейной подвески В. П. Базаров 9 использовал упругую стойку типа КПЭ3,8 с нажимной спиральной пружиной, играющей роль предохранителя с порогом срабатывания, равным рабочей нагрузке. Непрерывные срабатывания предохранителя создают интенсивные колебания рабочего органа, позволяющие снижать тяговое сопротивление на по сравнению с линейной подвеской. И.А. Экспериментально изучала зависимость тягового сопротивления от варьирования параметров а , и приведнной массы восьми образцов зубьев. Оптимальные значения параметров Шпр2, кг, а5 3 Нмм, 3, Нмм3 дают снижение тягового сопротивления на по сравнению со стандартными стойками. Несмотря на обилие частных математических моделей, модель энергоэффскта упругого крепления пока не создана. Трудности получения математических моделей работы пружинных стоек теоретически вынуждают авторов получать их экспериментальными методами на базе регрессионных зависимостей , . Подобный подход методически прост, но результаты его не обладают достаточной общностью.