Структура экспериментальных исследований адаптации колесных 4к4а тракторов к технологиям почвообработки

Программа исследований предусматривает проведение экспериментов в лабораторнополевых условиях с целью получения материалов:

• –    для обоснования режимов рабочего хода машин и агрегатов для технологий основной почвообработки;

• –    анализа влияния параметров нагрузки на буксование, тяговый КПД и рациональный тяговый диапазон трактора;

• –    оценки показателей использования потенциальных возможностей тракторов с переменной массой в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения, разработки мероприятий по их повышению.

Цель исследования: подтверждение результатов моделирования рациональных параметров и режимов работы колесных 4к4а тракторов в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения для адаптации к технологиям почвообработки в условиях АПК Восточно-Сибирского региона.

Задачи исследования:

• 1)    обоснование параметров и режимов рабочего хода почвообрабатывающих машин и агрегатов в технологиях основной обработки почвы;

• 2)    оценка тягово-сцепных свойств тракторов для определения параметрических уравнений связи буксования с коэффициентом использования веса и рационального тягового диапазона;

• 3)    проверка достоверности моделей адаптации эксплуатационных параметров и режимов работы тракторов к технологиям почвообработки;

• 4)    установление рациональных интервалов изменения удельной материалоемкости тракторов и ширины захвата почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения;

• 5)    обоснование и оценка эффективности методов адаптации тракторов к технологиям поч-вообработки с учетом условий их балластирования.

В соответствии с целью и задачами экспериментальные исследования являются основной составляющей комплексной системы адаптации почвообрабатывающих агрегатов на базе колесных 4к4а тракторов к условиям эксплуатации.

Методы исследования. Методическую основу при обосновании цели и задач, разработке структуры и содержания экспериментальных исследований составляют:

• •    ГОСТ 7057-2001. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний;

• •    ГОСТ 24055-88. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационнотехнологической оценки. Общие положения.

Структура и содержание методов исследования. Для подтверждения оценки достоверности основных теоретических положений системы адаптации эксплуатационных параметров и режимов агрегатирования тракторов 4к4а к технологиям почвообработки разработана структурно -логическая схема (рис. 1), включающая в иерархической последовательности три этапа экспериментальных исследований, основанных на системном анализе результатов собственных и ранее выполненных исследований [1].

Первый этап характеризует получение исходной информации о природнопроизводственных факторах, оказывающих наибольшее влияние на показатели работы почвообрабатывающих агрегатов и входящих в математические модели.

К таким основным природным факторам относятся [2]: площади полей и длина гона, физикомеханические свойства почвы, конфигурация полей.

Среди производственных факторов наибольшее влияние на показатели работы тракторных агрегатов оказывают технологии основной обработки почвы и состав машинно-тракторного парка. Анализу подлежат адаптированные по агротехническим требованиям технологии основной обработки почвы, соответствующие типы рабочих органов и характеристики машин, а также эксплуатационные параметры используемых тракторов.

Рис. 1. Структурная схема системы экспериментальных исследований адаптации колесных 4к4а тракторов и агрегатов к технологиям почвообработки

Взаимодействие пассивных рабочих органов с почвой характеризуется удельным тяговым сопротивлением соответствующей машины К _{о i} при скорости V_o = 1,4 м / с и его приращением с повышением скорости А К .

На основании анализа и статистической обработки исходной информации обосновываются группы родственных операций основной обработки почвы, определяется их соотношение в годовом объеме работ, устанавливаются типы и характеристики удельного сопротивления рабочих органов и машин, а также технические характеристики и типоразмерный ряд предлагаемых или занятых на этих операциях тракторов. При этом конкретизация типоразмеров энергомашин и рабочих машин не производится.

Выходными параметрами на этом этапе являются статистические характеристики показателей, определяющих режим рабочего хода агрегата для конкретной технологической операции по энергозатратам и агротехническим требованиям. Это номинальное значение рабочей скорости V ^ , оптимальный диапазон &V*_pti = (V ^^ _axi — V * _pti) и чистая производительность Wf, которые соотносятся с результатами моделирования и представляют входные параметры для второго этапа экспериментальных исследований [3].

Оценка и реализация моделей системы адаптации тракторов к установленным на первом этапе условиям рабочего хода на операциях основной обработки почвы предусматриваются вторым этапом испытаний тракторов.

На этом этапе основу составляют статистические оценки измерителей тягово-сцепных свойств и составляющих тягового КПД трактора, полученных по результатам многофакторных лабораторно-полевых испытаний с учетом установленных ранее закономерностей и взаимосвязей.

Многокритериальная оценка тягово-сцепных свойств характеризуется системой уравнений

( 5 = fW f = f i (vy,

' Ут = УТР •^f^8= f2(^Kp); (1) ^П уо = 7 = f3(^Kp, L, г,, Нкрац). v YK

Полученные зависимости буксования 5 , тягового КПД у Т , соотношение реакций на колесах переднего Y_n и заднего Y_K мостов трактора 4к4а от коэффициента использования веса у _кр , с учетом продольной базы L, положения центра масс ау, ординаты точки прицепа Икр и радиуса задних колес 2q, а также коэффициента сопротивления качению f от скорости движения V используются для реализации моделей оптимизации режима рабочего хода и удельной материалоемкости трактора при выполнении отдельных групп родственных операционных технологий, которая служит основой для разработки рекомендаций и мероприятий по их адаптации к использованию [3-5].

Оценка адаптации тракторов 4к4а к технологиям почвообработки в составе агрегатов на третьем этапе включает их сравнительные технологические испытания в хозяйственных условиях.

По результатам испытаний обосновываются техническое обеспечение и режимы технологического процесса основных групп операционных технологий обработки почвы, определяются рациональные интервалы изменения эксплуатационной массы тракторов 4к4а в заданных природных условиях. Эксплуатационные показатели служат основой для оценки системы адаптации тракторов и почвообрабатывающих агрегатов на их базе к технологиям почвообработки в условиях АПК региона.

Для реализации системы экспериментальных исследований используются лабораторнополевые и эксплуатационно-технологические испытания тракторов по ГОСТ 7057-2001 (рис. 2).

Лабораторно-полевые испытания включают оценку энергетических и топливных затрат на передвижение трактора при моделировании параметров тяговой нагрузки. Полученные результаты служат основой для расчета тягового КПД и удельной материалоемкости трактора.

В ходе эксплуатационно-технологических испытаний дается оценка показателей чистой и технической производительности, а также удельного (на единицу работы) расхода топлива.

Рис. 2. Содержание экспериментальных исследований

Для реализации параметрического моделирования взаимодействия определенных факторов и показателей эффективности предложена общая методика организации и проведения экспериментальных исследований [3], которая включает (рис. 3):

• 1)    выбор входных и управляющих воздействий, определяющих массо-энергетические и топливные показатели тракторов в разработанных математических моделях и установленных по результатам предварительных экспериментов, статистических данных и априорной информации;

• 2)    планирование эксперимента, определяемого характером решаемых задач, и выбор плана в зависимости от качества изучаемых показателей и входных воздействий;

• 3)    реализация плана проведения эксперимента на предлагаемых объектах с использованием соответствующего оборудования, измерительных и регистрационных средств;

• 4)    построение и проверка адекватности математической модели;

• 5)    оценка полученных результатов и определение эффективности решений адаптационных задач.

• В    основу положена методика активного планирования технологических процессов [3], позволившая получить уравнения регрессии в виде

• =  ∙   /  /(  -   /);

• \               к            кк

  
  

= +∑  +∑   ∙ +∑,

• V            i=i         i

связывающие основные факторы воздействия (  –  ) с результативными признаками (  –).

Кодированные значения на трех уровнях (-1;0;1) определяли по формуле

-

∆ где – величина i-го фактора на любом уровне; – значение i-го фактора на основном уровне; ∆ – интервал варьирования фактора.

А

Б

Характер задач	Наименование плана	Количество факторов К	Количество вариантов опытов N
Оценка тягово-сцепных свойств трактора	Центральный композиционный ортогональный	2	9
Определение потерь на перекатывание трактора	Центральный однофакторный	1	3

Рис. 3. Методика организации и проведения экспериментальных исследований:

А – последовательность организации и проведения экспериментов; Б – характеристики планов

Выбор плана экспериментов в конкретных моделях обусловлен характером решаемых задач и достоверностью статистических характеристик полученных результатов при минимальном числе вариантов опытов (см. рис. 3). В соответствии с идеей активного планирования входные параметры исследуемых процессов варьировали на минимальном (-1), основном (0) и максимальном (1) уровнях.

По результатам статистических данных, теоретического анализа и предварительных опытов по оценке тягово-сцепных свойств тракторов 4к4а позволили, в соответствии с планом 3², обосновать диапазоны изменения и уровни варьирования входных параметров (табл.) для получения уравнения регрессии, определяющего зависимость 8 = j ( P „т_э ) для основных типоразмеров тракторов «Versatil» серии Row-Crop. Из таблицы следует, что для трактора «Versatil 250»     =

( кр ( кН ) - 50)/10 ,     = ( э - э )/ Б = ( э - 10,5)/1,0.

Пределы варьирования факторов ( _кр )=40-60 кН и ( _э ) =9,5-11,5 т полностью охватывают эксплуатационные диапазоны их изменения в режиме рабочего хода.

При определении зависимости коэффициента сопротивления качению трактора от скорости движения f = f( 7) входной параметр варьировал на минимальном 1,4 м/с (-1), основном 2,4 м/с (0) и максимальном 3,4 м/с (+1) уровнях.

Исходные данные для планирования эксперимента оценки влияния тягового усилия и массы трактора на буксование движителя [ 8 = 8(Р _кр , т_э)]

Характеристика плана	Кодированное значение параметра	Действительное значение параметра
		Ррр , кН	т э , т
Основной (нулевой) уровень	0	50	10,5
Верхний уровень	+1	60	11,5
Нижний уровень	–1	40	9,5

Выводы

• 1.    Разработана структурная схема экспериментальных исследований системы адаптации колесных 4к4а тракторов к технологиям почвообработки, включающая три этапа получения и системного анализа результатов.

• 2.    Для реализации системы экспериментальных исследований обосновано содержание лабораторно-полевых и эксплуатационно-технологических испытаний.

• 3.    Для реализации параметрического моделирования взаимодействия регулируемых факторов и показателей эффективности разработана общая методика организации и проведения экспериментальных исследований.