Результаты применения гидропневматического демпфирующего устройства в силовой передаче трактора малого класса тяги для улучшения показателей работы

Введение. Рост

мирового населения и связанное

с ним

увеличение спроса на продукты питания, ставит перед сельскохозяйственным производством новые проблемы. Одной из этих проблем является интенсификации сельскохозяйственного производства во всем мире. Решение этой проблемы требует применения новой техники и новых технологий для выращивания сельскохозяйственных культур [1].

Посев - одна из основных операций в технологическом комплексе мероприятий по возделыванию зерновых. Только при высоком качестве распределения семян по длине и глубине рядка может быть получена максимальная продуктивность и урожайность [2]. Трактор с сеялкой (посевной машинно-тракторный агрегат) подвергается непрерывно изменяющимся внешним воздействиям, которые оказывают отрицательное влияние на показатели выполнения технологической операции [3,4,5]:

• -    колебания тягового усилия вызывают колебания скорости движения, что приводит к колебаниям сошниковой группы сеялки, в результате чего происходит неравномерная заделка семян в почву [6];

• -    неравномерность заделки приводит к растягиванию массовости всходов, что в свою очередь снижает урожайность на 2025% [4];

• -    буксование ведущих колес трактора вызывает истирание плодородного верхнего слоя почвы [1];

• -    нагруженность трансмиссии трактора, вызванная изменениями силы тяги на крюке, инициирует колебания угловой скорости коленчатого вала двигателя, приводящие к повышению расхода топлива [6,7,8,9,10].

Исходя из технологии возделывания зерновых, для посева необходимо применять трактора с трансмиссиями, способными поглощать колебания и повышающими устойчивость работы сошниковой группы сеялки [2]. Так как это улучшает качество выполняемой операции, снижает расход затраченного посевного материала, топлива и повышает экологическую составляющую процесса.

Исследованиями [3,4,5,10,11] установлено, что глубина заделки семян сельскохозяйственных культур на различных скоростных режимах посевного агрегата являются переменной величиной. На повышенных передачах посевного агрегата происходит увеличение меры рассеяния глубины заделки семян и уменьшение ее математического ожидания на 14,5% [10]. Среднее квадратическое отклонение глубины заделки в диапазоне рабочих скоростей 0,71…3,68 м/с увеличивалось от 20 до 40 %, а коэффициент вариации (изменчивости) до 18,6% [10].

Испытания посевного агрегата, показали, что увеличение рабочих скоростей от 0,71 до 3,68 м/с существенно отражается на параметрах распределения тягового сопротивления. Установлено, что математическое ожидание увеличивается на 27,8%, Колебания тягового сопротивления посевного агрегата в отмеченном скоростном диапазоне приближаются к закону нормального распределения.

Анализ исследований, посвященных изучению работы посевных машинно-тракторных агрегатов в реальных условиях эксплуатации, позволяет сделать следующие выводы:

• 1.    Ужесточенные требования, предъявляемые к качеству работы посевных машинно-тракторных агрегатов, можно обеспечить лишь на основе комплекса показателей функционирования.

• 2.    Разработанные до настоящего времени конструкции тракторов обеспечивают снижение жесткости трансмиссии в определенных не регулируемых пределах.

• 3.    Проблема создания тракторов с более совершенными трансмиссиями приобретает высокую научно-практическую значимость.

Цель исследования . Экспериментальное доказательство того, что эффективность функционирования посевного машиннотракторного агрегата можно повысить за счет установки в трансмиссию трактора гидропневматическое демпфирующее устройство с переменным моментом инерции [12,13,14,15]. Это устройство снижает колебания внешней тяговой нагрузки, передающейся на двигатель, стабилизирует работу сошниковой группы прицепной сеялки, снижает вибронагруженность силовой передачи.

Материалы и методы. Были проведены исследования на экспериментальном образце трактора, которые показали, что повысить эффективность технологической операции – посев, можно за счет повышения эффективности функционирования посевного машиннотракторного агрегата на базе трактора класса 1,4, путем введения в трансмиссию гидропневматического демпфера.

Статистические показатели результатов измерений указаны в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты количественной оценки глубины заделки семян

Статистические показатели	Глубина заделки семян, см
	Участок измерений по вариантам
	БЕЗ УДМ			УДМ
	1	2	3	1	2	3
Математическое ожидание	5.4	5.3	5.1	4.9	5.2	5.1
Дисперсия	1.03	0.42	0.85	0.37	0.41	0.36
Среднеквадратичное отклонение	1.01	0.65	0.92	0.61	0.64	0.60
Доверительный интервал	1,295	0,833	1,179	0,782	0,82	0,769

Данные таблицы показывают снижение математического ожидания глубины заделки семян посевным агрегатом, у которого установлен гидропневматический демпфирующий механизм. Эксперимент проводился на трех участках поля подготовленного для посева. На первом участке математическое ожидание снижается на 9,3%, на втором участке наблюдается снижение на 1,9%, а на третьем участке снижение математического ожидания 1,5%, по сравнению с вариантом без гидропневматического демпфирующего механизма. Среднеквадратичное отклонение снижается на первом участке на 39,6%, на втором участке на 1,5%, а на третьем участке снижение происходит на 34,8%. Это означает то, что распределение семян по глубине, посевным агрегатом без гидропневматического демпфирующего механизма в трансмиссии трактора, происходит с разными частотами. При этом наблюдаемые величины дисперсий примерно одинаковы и располагаются по всему срезу (семена залегают на разных глубинах). Количественная оценка глубины заделки семян свидетельствует о том, что экспериментальный агрегат более качественно выполняет посев, вследствие того, что стабилизируется работа сошниковой группы сеялки.

Корреляционные функции, характеризующие случайный процесс во временной области для анализа глубины заделки семян необходимы для построения нормированных спектральных плотностей. Чтобы не перегружать статью дополнительной информацией, авторы считают, что нет необходимости приводить графики корреляционных функций глубины заделки семян.

Графики нормированных спектральных плотностей глубины заделки семян представлены на рисунке 1.

––––– – агрегат с УДМ;

– – – – – агрегат без УДМ

Рисунок 1 – Нормированная спектральная плотность глубины

заделки семян в почву.

Нормированная спектральная плотность реализации глубины заделки семян в почву посевным агрегатом (рисунок 1), построенная на основании нормированной автокорреляционной функции показывает, что в агрегате с гидропневматическим демпфером максимум дисперсий приходится на частоту 1,0 с-1 .

Анализ нормированной спектральной плотности полученной от агрегата без упругодемпфирующего механизма (рисунок 1) показывает, что в диапазоне 0…1,5 с-1 имеются четыре вершины на следующих частотах: 0,6 с-1 , 0,9 с-1 , 1,3 с-1 . Имеется преобладающая частота 1,6 с-1 , а так же имеются вершины в зоне высоких частот 2,5 с1 , 2,9 с-1 .

Все это свидетельствует о том, что распределение семян по глубине, посевным агрегатом с гидропневматическим демпфером в трансмиссии трактора (рисунок 1), происходит с одной частотой

(залегание происходит на одной глубине). С другой стороны распределение семян по глубине, посевным агрегатом без упругодемпфирующего механизма в трансмиссии трактора, происходит с разными частотами, причем величины дисперсий примерно одинаковы и располагаются по всему срезу (семена залегают на разных глубинах).

Статистические показатели по буксованию движителей позволили детально изучить мгновенное значение коэффициента буксования. Это понадобилось для выявления частотной характеристики процесса буксования, и чтобы узнать показатели вариационного ряда, позволяющие полнее понять протекающие процессы.

• 1-    буксование агрегата с УДМ;

• 2-    буксование серийного агрегата

Рисунок 2 – Изменение буксования во времени посевного агрегата

На основании полученных экспериментальных данных были построены зависимости изменения буксования во времени (рисунок 2). Отмечен положительный эффект модернизации силовой передачи. Снижение «рывков» колес уменьшает истирание почвы, приводящее к снижению плодородия. Улучшается экологическое состояние полей (плодородного слоя почвы).

Приведенный корреляционно-спектральный анализ изменения буксования (функция от времени) посевного агрегата показывает то, что это является положительным явлением, так как оно свидетельствует о быстрой адаптации движителя опытного агрегата к изменяющимся условиям. Быстрая адаптация движителя к изменяющимся воздействиям дает возможность предполагать о повышении коэффициента сцепления с опорной поверхностью.

Мгновенное значение коэффициента буксования определялось по общеизвестной формуле, а данные для расчета были получены с помощью измерительной аппаратуры и статистически обработаны.

Так же для более подробного рассмотрения изменения буксования во времени был проведен корреляционно - спектральный анализ, позволяющий качественно оценить применение упругодемпфирующего механизма с целью модернизации посевного машинно-тракторного агрегата на базе трактора класса 1,4.

Приведенная корреляционная функция изменения буксования во времени посевного агрегата (рисунок 3), показывает то, что функция опытного агрегата убывает быстрее - время убывания 0,7…0,9 с, в серийном варианте время убывания 1,6…1,8 с. Это является положительным явлением, так как оно свидетельствует о быстрой адаптации движителя опытного агрегата к изменяющимся условиям. Быстрая адаптация движителя к изменяющимся воздействиям дает возможность предполагать о повышении коэффициента сцепления с опорной поверхностью, однако, дополнительных исследований, с целью подтвердить или опровергнуть вышеуказанное предположение, не проводилось.

Рисунок 3 - Корреляционная функция изменения буксования во времени посевного агрегата

На графике (рисунок 4) спектральных плотностей 8(ю), дающих представление о частотном составе процесса буксования, видны преобладающие частоты. Срез частот 8(ю) для опытного и серийного вариантов примерно одинаков и составляет около 1,5 с-1

- агрегат с УДМ; 2- серийный агрегат

Рисунок 4 – Спектральная плотность изменения буксования во времени посевного агрегата

Однако характер протекания спектральной плотности опытного агрегата, свидетельствует о низкочастотности процесса, так как максимумы дисперсий сдвинуты в зону более низких частот в диапазоне от 0 до 1,0 с-1 .

Процесс изменения кривых в диапазоне от 0 до 1,0 с-1 очень схож между собой, что свидетельствует об идентичности процесса изменения буксования во времени. Спектр изменения буксования во времени серийного агрегата от 0 до 1,5 с-1 имеет четыре преобладающие вершины на отметках 0,2 с-1, 0,4 с-1, 0,7 с-1 и 0,9 с-1, а в опытном варианте их всего две – 0,2 с-1 и 0,45 с-1 .

Также величины дисперсий опытного агрегата имеют меньшее значение по сравнению с серийным вариантом. Это положительное явление, так как оно указывает на то, что движитель опытного агрегата меньше пробуксовывает. Максимум спектральной плотности опытного агрегата приходится на низкочастотный диапазон в зоне 0,2 с-1 . Однако в высокочастотной области на частоте 1,23 с-1 имеется вершина дисперсии изменения буксования опытного агрегата, свидетельствующая о том, что максимальное значение изменения буксования движителя приходится на определенные отметки, характеризующие смену типа редуктора (изменение передаточного отношения в планетарном механизме), в то время как у серийного агрегата буксование идет непрерывно в диапазоне от 0 до 1,5 с-1 .

Проведенный анализ (колебательного процесса) изменения буксования во времени посевного агрегата показал что, установка гидропневматического демпфирующего механизма в трансмиссию трактора, с целью модернизации посевного машинно-тракторного агрегата позволяет повысить стабильность технологического процесса, улучшить энергетические показатели в среднем на 5% и снизить буксование на 7,6%, и представляется весьма эффективным конструктивным мероприятием, улучшающим выходные показатели агрегата в реальных условиях эксплуатации.

Так как гидропневматический демпфирующий механизм позволяет сглаживает колебания, в результате этого происходит, улучшение работы сошниковой группы сеялки – снижается среднеквадратичное отклонение глубины заделки.

Заключение.

По итогам выполненного исследования можно сделать следующие выводы:

Энергетические показатели работы посевного машиннотракторного агрегата (скорость движения, производительность, погектарный расход топлива) свидетельствуют, что посевной машинно-тракторный агрегат с гидропневматическим демпфером в трансмиссии имеет лучшие энергетические показатели, чем аналогичный машинно-тракторный агрегат серийного исполнения.

Исследования показали, что снижение нагрузки на двигатель и ведущие колеса трактора, позволяют повысить угловую скорость коленчатого вала двигателя и поступательную скорость трактора на 3% и 6% соответственно по сравнению с серийным вариантом, у которого большая жесткость силовой передачи. В конечном итоге это приводит к увеличению производительности на 5,7%. Снижение нагрузки на двигатель приводит к снижению расхода топлива на 7%.

Проведенный анализ свидетельствует о том, применение гидропневматического демпфирующего устройства в трансмиссии трактора малого класса тяги является эффективным конструктивным мероприятием, улучшающим выходные показатели агрегата и улучшая операцию посева зерновых культур.

функционирования культиваторного машинно-тракторного агрегата на базе трактора класса 1,4. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия. Зерноград, 2006

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО ДЕМПФИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА В СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧЕ ТРАКТОРА МАЛОГО КЛАССА ТЯГИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ

ФГБОУ ВО ДонГАУ

Annotation. Based on the cultivation of grain, it is necessary to use a tractor with transmissions capable of absorbing vibrations and increasing the stability of the coulter group of the seeder for sowing. Since it improves the quality of the operation, reduces the consumption of spent seed, fuel and increases the environmental component of the process. It is experimentally proved that the efficiency of the sowing machine-tractor unit can be improved by installing a hydropneumatic damping device with a variable moment of inertia in the tractor transmission. Studies have been conducted on an experimental tractor sample, which have shown that it is possible to increase the efficiency of a technological operation — seeding — by increasing the efficiency of a seeding machine-tractor unit based on a class 1.4 tractor, by introducing a hydropneumatic damper into the transmission.

Since the hydropneumatic damping mechanism allows smoothing of oscillations, this results in an improvement in the operation of the seed coulter group. The analysis shows that the use of a hydropneumatic damping device in the transmission of a tractor of a small class of thrust is an effective structural measure that improves the output indicators of the aggregate and improves the operation of sowing grain crops.