СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ПАРАМЕТРОВ ВЫПОЛНЯЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2007 года по МПК A01B77/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к способам испытания сельскохозяйственных машин в полевых условиях.

При испытаниях сельскохозяйственных машин в полевых условиях определяют мощность, необходимую для перемещения машин, посредством измерения силы тяги и скорости движения /Высоцкий А.А. Динамометрирование сельскохозяйственных машин. Современные конструкции при боров и методы измерений. Издание 3-е, переработанное и дополенное. М.: Машиностроение, 1968, с.5...6/. При этом характеристика тягового сопротивления сельскохозяйственных машин представляет собой зависимость тягового сопротивления от скорости движения машины.

Известен также способ, в соответствии с которым для серийных машин тяговое сопротивление определяют по результатам испытаний на различных скоростных режимах работы машинно-тракторного агрегата. Для новых конструкций машин среднее тяговое сопротивление устанавливают по эмпирической формуле, в зависимости от рабочей скорости, удельного сопротивления машины на скорости, для которой ранее определено ее общее сопротивление, численного значения этой скорости, численного значения коэффициента, характеризующего влияние скорости на тяговое сопротивление, а также ширины захвата машины /для плугов/ и глубины обработки почвы /ГОСТ-34056-80. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки машин на этапе проектирования/. Для непахотных агрегатов глубина деформации почвы во внимание не принимается. Рабочая ширина захвата машины и глубина обработки почвы являются параметрами выполняемого технологического процесса. Этот способ наиболее близок к предлагаемому и может рассматриваться как прототип.

Общим недостатком как аналога, так и прототипа является то, что проведение динамометрирования на всех возможных режимах работы любой сельскохозяйственной машины требует значительных материальных и финансовых ресурсов, больших затрат труда высококвалифицированные специалистов. Кроме того, применяемые в прототипе эмпирические формулы для определения среднего тягового сопротивления сельскохозяйственной машины, в зависимости от рабочей скорости, неадекватно отражают процесс деформации почвы конкретной сельскохозяйственной машиной. К недостаткам следует отнести и то, что удельное сопротивление машины на 1 м захвата не полностью характеризует физико-механические свойства процессов деформации почвы в связи с тем, что деформация почвы происходит в конкретном объеме почвы и в текущем времени.

Задачей настоящего изобретения является создание нового, более эффективного способа установления характеристик тягового сопротивления от параметров выполняемого технологического процесса при испытаниях почвообрабатывающих машин в конкретных полевых условиях; разработка рациональной формулы, основывающейся на физико-механической характеристике, определяющей сопротивление процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды в зависимости от скорости деформации и параметров выполняемого технологического процесса. Эта зависимость должна: характеризовать закономерность протекания явления-процесса деформации сплошной твердой деформируемой среды /почвы/, объяснять его, показывать физические величины, хариктеризующие процесс, и связи между ними.

Поставленная задача решается путем теоретического обоснования возможности существования такой рациональной формулы и экспериментального доказательства ее адекватности при отражении процессов деформации сплошной твердой деформируемой среды. Новым является то, что разработанный способ основывается на впервые установленном законе изменения свойства сплошной твердой деформируемой среды в зависимости от скорости процесса деформации почвы и численных-тарировочных значений параметров, получаемых на основании результатов проведения натурного физического эксперимента /тарировочного эксперимента/ /см. заявку №2003124582/12 (02613]. Решение о выдаче патента на изобретение от 25.03.2005 г./.

Сущность такого эксперимента для сельскохозяйственных тяговые агрегатов заключается в следующем. Для трактора, с которым осуществляется агрегатирование конкретной сельскохозяйственной машины из типовых тяговых характеристик трактора, берут максимальную тяговую мощность N и номинальное тяговое усилие ρ. На скорости V, при которой трактор развивает максимальную тяговую мощность, определяют посредством динамометрирования или тензометрирования тяговое сопротивление испытываемой сельскохозяйственной машины. Находят удельное тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины К и гипотетическую ширину захвата потенциально возможного машинно-тракторного агрегата В, при которой полностью реализуется номинальное тяговое усилие трактора. После этого находят площадь сечения деформируемой среды S=B·h, перпендикулярной направлению скорости и направлению деформируемой силы, где h - глубина деформации почвы.

При теоретическом решении стоящей задачи исходим из производной физической величины удельного объемного модуля импульса силы сопротивления процессу деформации сплошной твердой деформируемой ρ^v:

где N - мощность, необходимая для осуществления процесса деформации, ;

V - скорость, при которой происходит процесс деформации почвы, м/с;

S - площадь сечения деформируемой среды, перпендикулярной направлению скорости и направлению деформирующей силы, м².

Из приведенной зависимости видим, что удельный объемный модуль импульса силы сопротивления процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды является физико-механической характеристикой свойств, реализуемых процессов деформации в любом технологическом процессе, связанном с обработкой почвы.

Отношение произведенной работы ко времени, в течение которого выполнена эта работа, есть мощность. То есть мощность есть ничто иное как скорость выполнения работы. В соответствии с этим:

где В - ширина участка деформации, м;

h - глубина деформации, м;

W=BV - площадь, на которой выполнена работа за одну секунду - производительность агрегата, м²/с.

Для гипотетического потенциально возможного машинно-тракторного агрегата максимальная тяговая мощность:

Здесь W, ρ^v, h - численные, тарировочные значения величин при скорости V, на которой трактор развивает максимальную тяговую мощность и полностью использует номинальное тяговое усилие для выполнения работы.

Мощность, реализованная в конкретных условиях, для выполнения работы, выразится:

Здесь W_i, V_i, ρ_i ^v, h - численные значения величин, реализованные на конкретном скоростном режиме работы машинно-тракторного агрегата.

Нереализованная мощность трактора для работы определяется:

Утраченную мощность для выполнения работы находят:

Исходя из зависимостей /3, 4, 5, 6/ составляют уравнение баланса мощностей:

В связи с тем, что для выполнения конкретного технологического процесса глубина деформации почвы h задается и должна быть одной и той же на любом режиме работы, уравнение /7/ следующее:

Решая уравнение /8/ относительно ρ^v _i, находят:

Из зависимости /9/ следует, что изменений удельного объемного модуля, импульса силы сопротивления процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды для конкретного процесса деформации почвы и скорости деформации: прямо пропорционально произведению тарировочного значения удельного объемного модуля импульса силы сопротивления процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды, определяемому в процессе проведения натурного физического эксперимента, на численное значение отношения суммы тарировочной скорости и фактической скорости деформации и обратно пропорционально удвоенной фактической скорости деформации почвы. В вышеприведенной формуле впервые зафиксирован физический закон изменения свойства сплошной твердой деформируемой среды.

Исходя из зависимостей /1/ и /9/ характеристики тягового сопротивления от параметров выполняемого технологического процесса при испытаниях сельскохозяйственных машин в полевых условиях устанавливают:

Любой физический закон есть заключения, приближенно соответствующие действительному положению протекающих процессов /явлений/ в природе. Поэтому для экспериментального доказательства теоретически установленной зависимости /10/, сравнивали экспериментально полученные и теоретически рассчитанные характеристики тягового сопротивления от параметров выполняемого технологического процесса с различными сельскохозяйственными машинами, применяемыми на севе риса. Результаты сравнительной оценки согласованности экспериментальных данных, рассчитанных по зависимости /10/, представлены в таблице 1 и таблице 2.

При получении экспериментальных данных проводилось динамометрирование прицепных одно-, двух- и трехсеялочных агрегатов с трактором Т-74 в полевых условиях с сеялками СУК-24А и СЗ-3,6, работающих на различных скоростных режимах. В соответствии с типовой тяговой характеристикой трактор Т-74 максимальную тяговую мощность 42265 , развивает на второй передаче при скорости 1, 5278 (м/с) и номинальном тяговом усилии 27664 Н. В результате тарировочного натурного физического эксперимента было измерено и установлено, что сеялки СУК-24А и СЗ-3,6 на скорости 1,5278 м/с имеют тяговое сопротивление соответственно 3125 Н и 3834 Н, а удельное сопротивление 868 Н/м и 1065 Н/м. При этом тарировочные значения величин: ширины захвата и удельного объемного модуля импульса силы сопротивления процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды для идеального потенциально возможного агрегата с сеялками СУК-24А будут 31,87 м и 8116 , а для агрегатов с сеялками СЗ-3,6 эти величины имеют значения 25,98 м и 9956 .

Для оценки характеристик тягового сопротивления агрегатов в зависимости от скоростных режимов их работы, полученных путем измерений, рассчитанных по зависимости /10/, определяют линейный коэффициент корреляции, который наиболее совершенно характеризует тесную связь между экспериментальными данными и теоретическими. Результаты расчетов представлены в таблицах 1 и 2. Вероятностную оценку коэффициентов корреляции проводят в сравнении с их ошибками через отношение r/mr. Считается, что значение коэффициента корреляции г вполне надежно, если его значение более чем в три раза превышает свою ошибку r≥3mr. Из результатов расчетов следует, что полученные коэффициенты корреляции должны быть признаны существенными, так как коэффициенты остаточной детерминаци равны 0,002 и 0,006 и характеризуют очень малую долю вариации за счет неучтенных факторов. К этим факторам можно отнести результаты округления чисел при вычислениях и предельные ошибки измерения /1...3,5%/, которые имеют используемые в процессе опытов пружинные тяговые динамографы.

Технико-экономические и другие преимущества предложенного изобретения заключаются в следующем.

а) В результате разработки способа впервые установлена рациональная формула по определению тягового сопротивления сельскохозяйственных машин, основывающаяся на комплексной физико-механической характеристике, определяющей сопротивление процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды в зависимости от скорости деформации и параметров выполняемого технологического процесса.

б) Установленная зависимость характеризует закономерность протекания явления-процесса деформации сплошной твердой деформируемой среды /почвы/, объясняет его, показывает физические величины, характеризующие процесс, и связи между ними.

в) Использование изобретения позволяет получать характеристики тягового сопротивления от параметров выполняемого технологического процесса при испытаниях сельскохозяйственных машин в полевых условиях на различных скоростных режимах работы, только при единичном динамометрировании сельскохозяйственных машин во время проведение натурного физического-тарировочного эксперимента на одном, регламентированном скоростном режиме.

г) Сокращаются затраты материальных и финансовых ресурсов, затраты труда высококвалифицированных специалистов при испытаниях сельскохозяйственных машин как серийных, так и экспериментальных.

Таблица 1Характеристики тягового сопротивления рисосеющих агрегатов, укомплектованных сеялками СУК-24А в зависимости от скоростного режима работы№№ п.пДеформирующего телаПроцесса деформации, измеренныеХарактеристики процессов деформации, рассчитанныеBhV_iρV+V_iSP_т (м)(м)(м/с)(н)(м/с)(м²)(н)(н)(н)²(н)(н)²(н)²1.3,600,073,3147194,840,254910-744655442916-795163218401231702902.7,200,073,11100364,640,509415-29418649481-26346397956944889403.7,200,072,8791724,400,508928-342811751184-349812236004818876164.10,800,072,39123613,920,7612090-26670756-309954811494444905.10,800,072,08120663,610,7611134-12221493284-6043648161343428446.31,870,071,527827664 2,2309276621530623427363614994224820036765241568Σ  76018   74139 311681257 3076726941248575748  12670   12356 51946876 51278782208095958 

Таблица 2Характеристики тягового сопротивления рисосеющих агрегатов, укомплектованных сеялками СЗ-3,6 в зависимости от скоростного режима работы№№ п.пДеформирующего телаПроцесса деформации, измеренныеХарактеристики процессов деформации, нассчитанныеBhV_iρV+V_iSР_т(м)(м)(м/с)(н)(м/с)(м²)(н)(н)(н)²(н)(н)²(н)²1.3,600,073,2855284,810,255986-768559059225-832669322276330906082.7,200,073,00110954,530,5011275-23965740816-275976120811250961253.7,200,072,69105954,220,5010504-316710029889-3259106210811112898804.10,800,072,11143283,640,7613771100100004742246761973108885.10,800,071,86139113,390,7612825-8467157165732491784085756.25,980,071,527827664 1,8186276621399119574808113810190716100765241568Σ 0,07 83121  82023 271303727 2784994631410437644   13854  13671 45217288 46416577235072941

Способ включает измерение тягового сопротивления в зависимости от скоростного режима работы машины, ширины захвата машины или машин для многомашинных агрегатов и глубины обработки почвы. Тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины измеряют на одной скорости /V/, на которой трактор, с которым она агрегатируется, развивает максимальную тяговую мощность исходя из типовой тяговой характеристики трактора. Тяговое сопротивление машины на всех других возможных скоростных режимах работы находят из зависимости: ρ_i=0,5ρ^vS_i(V+V_i), где S_i=B_ih_i - площадь сечения /м²/ деформируемой среды, перпендикулярной направлению скорости и направлению деформируемой силы; В_i и h_i - соответственно ширина захвата машины и глубина обработки почвы /м/ на конкретном скоростном режиме работы; V_i - численное значение скорости, для которой определяют тяговое сопротивление машины /м/с/; ρ^v - численное тарировочное значение удельного объемного модуля импульса силы сопротивления процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды /Н·с/м³/. Такая технология позволяет снизить затраты материальных и финансовых ресурсов, затраты труда высококвалифицированных специалистов, проводящих полевые испытания. 2 табл.

Способ установления характеристик тягового сопротивления от параметров выполняемого технологического процесса при испытаниях сельскохозяйственных машин в полевых условиях, включающий измерение тягового сопротивления в зависимости от скоростного режима работы машины, ширины захвата машины или машин для многомашинных агрегатов и глубины обработки почвы, отличающийся тем, что тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины измеряют на одной скорости (V), на которой трактор, с которым она агрегатируется, развивает максимальную тяговую мощность, исходя из типовой тяговой характеристики трактора, а тяговое сопротивление машины на всех других возможных скоростных режимах работы находят из зависимости ρ_i=0,5ρ^vS_i(V+V_i), где S_i=B_ih_i - площадь сечения (м²) деформируемой среды, перпендикулярной направлению скорости и направлению деформируемой силы; B_i и h_i - соответственно ширина захвата машины и глубина обработки почвы (м) на конкретном скоростном режиме работы; V_i - численное значение скорости, для которой определяют тяговое сопротивление машины (м/с); ρ^v - численное тарировочное значение удельного объемного модуля импульса силы сопротивления процессу деформации сплошной твердой деформируемой среды (Н·с/м³).