Повышение эффективности работы машинно-тракторных агрегатов на базе интегральных универсально-пропашных колесных тракторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, доктор наук Беляев Александр Николаевич

• Беляев Александр Николаевич
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Беляев Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР, АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ МТА

1.1. Перспективы развития МТА

1.2. Обзор и анализ состояния вопроса по исследованию криволинейного движения колесных машин

1.2.1. Основные определения и свойства

1.2.2. Исследования по вопросам устойчивости

и управляемости автомобиля

1.2.3. Исследования по вопросам устойчивости и управляемости колесного трактора

1.3. Критерии оценки управляемости и устойчивости

колесного трактора

1.4. Способы поворота колесного трактора

и условия поворачиваемости

1.5. Боковой увод пневматических движителей колесных машин

1.6. Выводы. Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КИНЕМАТИЧЕСКИХ

И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МТА

2.1. Исследование кинематики поворота колесного трактора

2.1.1. Методика определения радиуса поворота

2.1.2. Определение теоретической траектории криволинейного движения МТА

2.1.3. Кинематика дифференциального привода ведущих колес

трактора при повороте

2.2. Исследование динамики поворота колесного трактора

2.2.1. Касательные силы тяги и силы сопротивления качению при повороте трактора со всеми управляемыми и ведущими колесами

2.2.2. Боковые силы при повороте трактора со всеми управляемыми

и ведущими колесами

2.2.3. Влияние центробежной силы инерции на поворачиваемость МТА

2.2.4. Обоснование метода расчета крутильных колебаний в системе передачи энергии от двигателя к ведущим колесам

2.2.4.1. Основные положения прикладной теории малых механических крутильных колебаний валов

2.2.4.2. Использование классической теории малых механических колебаний для исследования крутильных колебаний валов

2.3. Выводы

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИВОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ МТА НА БАЗЕ УНИВЕРСАЛЬНО-ПРОПАШНОГО ТРАКТОРА СО ВСЕМИ УПРАВЛЯЕМЫМИ И ВЕДУЩИМИ КОЛЕСАМИ

3. 1. Моделирование подсистемы «двигатель-трансмиссия»

3.2. Математическая модель криволинейного движения МТА

3.3. Определение действительной траектории криволинейного

движения МТА

3.4. Выводы

4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

КРИВОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ МТА

4.1. Программа моделирования процесса криволинейного

движения МТА

4.2. Результаты и анализ численных определений характеристик криволинейного движения МТА

4.3. Выводы

5. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Задача, цель, объект и программа экспериментальных исследований

5. 2. Условия и методика проведения лабораторно-полевых исследований

5.2.1. Лабораторные испытания

5.2.2. Полевые испытания

5.3. Приборы и оборудование, применяемые

при экспериментальных исследованиях

5.4. Обработка опытных данных и оценка точности

результатов исследований

5.5. Выводы

6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНО-ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ

6.1. Результаты лабораторных исследований

6.2. Результаты полевых экспериментальных исследований

6.2.1. Контрольные измерения физико-механических свойств почвы

6.2.2. Определение кинематических характеристик поворота

6.2.3. Определение динамических характеристик поворота

6.2.4. Исследование физико-механических свойств почвы

на поворотной полосе

6.3. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований

6.4. Выводы

7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

НА ТРАКТОРЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ

7.1. Исходные данные для оценки эффективности применения модернизированной системы рулевого управления

7.2. Определение технико-экономических показателей

7.3. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Приложение Ж

Приложение З

Приложение И

Приложение К

Приложение Л

Приложение М

Приложение Н

Приложение О

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы машинно-тракторных агрегатов на базе интегральных универсально-пропашных колесных тракторов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. За последние несколько лет сельское хозяйство в Российской Федерации, по сравнению с другими отраслями экономики, растет невероятно быстрыми темпами, что создает хорошие перспективы для производителей сельскохозяйственной техники.

Дальнейший рост аграрного сектора зависит как от макроэкономических и структурных показателей, так и от доступности современной техники и технологий. Рост инвестиций в сельскохозяйственное производство обуславливает возможности внедрения современных ресурсо- и энергосберегающих технологий, создания новой эргономичной и высокоэффективной техники, технической и технологической модернизации уже использующейся.

В настоящее время основным энергетическим средством в сельском хозяйстве является трактор. В типаже тракторов преимущественное распространение получили колесные сельскохозяйственные тракторы, составляющие от 85 до 90% выпуска в разных странах [270].

В Постановлении Правительства Российской Федерации от 14 июля 2012 года № 177 «О государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы» [223] ставится цель: достичь в 2020 году значение коэффициента обновления тракторов в сельскохозяйственных организациях величины 2,9%.

В последние годы наблюдается тенденция роста посевных площадей сельскохозяйственных культур в Российской Федерации. Согласно официальным данным статистики, за шесть лет - с 2012 по 2018 годы удалось увеличить посевные площади почти на 6,3% - с 75,7 до 80,5 млн. га [270].

Исходя из структуры посевов [270], можно сделать вывод о большой потребности в технике для возделывания этих угодий, в том числе тракторов с навесным оборудованием, что в свою очередь является фактором

стимулирования спроса на качественную сельхозтехнику и подтверждает необходимость наращивания ее парка.

Важным является положительный эффект от локализации производства иностранных брендов в России, например положительный опыт с участием крупных международных компаний таких как Amazone, Claas, John Deere, Versatile, New Holland, Agrotron, Axion, Xerion, МТЗ, ХТЗ и др., продукция которых пользуется спросом у российских аграриев. К сожалению, в настоящее время на долю отечественных марок приходится около 40% тракторов - это меньше половины всего российского производства.

Безусловно, российское производство не может в полной мере обеспечить спрос на трактора, таким образом доля импорта на этом рынке все еще велика.

Тем не менее, активизация мер государственного стимулирования производителей, а также рост спроса на более доступную технику российского производства в связи с низкой платежеспособностью сельхозтоваропроизводителей, выступили своего рода катализаторами роста для отечественных тракторостроителей.

Рост посевных площадей и ускоренное наращивание объёмов производства сельскохозяйственной продукции вызывает необходимость внедрения новых прогрессивных энергосберегающих технологий с совмещением выполнения различных операций, т.е. применение многофункциональных комбинированных машин и агрегатов. Таковыми являются энергонасыщенные, скоростные, широкозахватные, комбинированные машинно-тракторные агрегаты (МТА), составленные по блочно-модульному принципу (два-три технологических модуля) на базе интегральных универсально-пропашных колёсных тракторов. В связи с этим важнейшее значение приобретает изучение конструктивных и эксплуатационных показателей указанных МТА, от которых непосредственно зависит возможность их широкого применения в сельскохозяйственном производстве.

Поскольку для обновления тракторного парка в нашей стране необходимо не менее 50 тысяч тракторов в год, а производится, в лучшем случае, чуть более

10 тысяч единиц такой техники, то в настоящее время возобновилось строительство тракторного производства на ООО «УралИжТрак» вблизи столицы Удмуртии города Ижевска. Первую очередь механосборочного производства мощностью 25 тысяч тракторов планируют запустить в 2020 году. В 2022 году здесь откроют вторую площадку еще на такой же объем.

Выпускать на заводе будут российский интегральный универсально-пропашной колесный трактор 2 и 3 тяговых классов (150 и 180 л.с.) ЛТИ-162.5. В свое время эту машину разработали и изготовили опытные образцы на Липецком заводе (ЛТЗ-155), впоследствии ее модернизировал «Уралвагонзавод» (РТМ-160), а сейчас ООО «УралИжТрак» получил от Министерства сельского хозяйства России технические условия на производство и приобрел необходимую техническую документацию у предыдущего производителя этих уникальных тракторов. Для того чтобы техника имела экспортный потенциал, на нее будут устанавливать специально созданный Камским заводом ЗАО «Камминз Кама» новый двигатель.

Правительство определило потребность в таких машинах российского агропромышленного комплекса в 45 тысяч единиц. Кроме того, трактор будет востребован и в других отраслях: строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, нефтяной и лесной промышленности. Предполагаемая розничная стоимость нового трактора будет около 2,5 миллионов рублей.

Увеличение скорости движения и массово-геометрических параметров приводит к существенному изменению эксплуатационных характеристик МТА, влияющих на управляемость и устойчивость при криволинейном движении на поворотной полосе [32, 42, 45, 210, 215, 220]. Длина пути при повороте агрегата составляет 10.. .12% от общего пути, пройденному МТА по полю, на полях среднего размера - до 25. 30%, а на коротких участках - до 40% [111]. Кроме того, указанные МТА оказывают отрицательное влияние на почву своими движителями. Происходит более интенсивное, чем на основном участке поля, уплотнение и распыление почвы, снижается ее плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур [17, 44, 113, 125, 126, 133, 238].

Многоконтурность, как правило, малых размеров фермерских сельскохозяйственных угодий также снижает производительность полевых механизированных агрегатов, оказывает негативное влияние на почву из-за изрезанности препятствиями (мелкие лесные колки, отдельно стоящие деревья, валуны, опоры электропередач, необрабатываемые участки солонцов, блюдца переувлажненных почв и т.п.), обуславливающей дополнительные повороты и развороты агрегатов. Непроизводительные затраты времени МТА на развороты и заезды прямо пропорциональны числу разворотов и заездов за время смены, поэтому при обработке подобных полей при криволинейном движении МТА рационально использовать различные способы управления колесами тракторов, соответствующие конкретной агротехнологической ситуации.

Таким образом, возникает противоречие между управляемым и устойчивым криволинейным движением МТА по деформированному основанию и ограниченностью изменения его конструктивных и эксплуатационных параметров, которое может быть успешно устранено, если на основе принципов адаптации будут повышены основные потребительские и эксплуатационно-технологические свойства отечественных тракторов [107, 164, 250].

Использование трактора интегральной схемы имеет ряд особенностей и требует дальнейшего совершенствования его конструктивных и эксплуатационных параметров и, соответственно, аналитических методов расчета требуемых динамических и кинематических характеристик. Особенно это касается сохранения и улучшения таких характеристик трактора, как управляемость и устойчивость в целях обеспечения качества работ и ресурсосбережения. Они пока изучены недостаточно полно, и слабо реализуются при использовании трактора по назначению, хотя в значительной мере определяют уровень конкурентоспособности.

В связи с этим, научные исследования, направленные на повышение управляемости и устойчивости МТА на базе интегральных универсально-пропашных колёсных тракторов, обеспечивающих рациональное использование

ресурсов, сохранения плодородия почвы и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, являются актуальными, имеющими важное хозяйственное значение.

Диссертация выполнена в рамках научно-исследовательской работы агроинженерного факультета Воронежского ГАУ: «Обоснование способов повышения эксплуатационных свойств сельскохозяйственных тракторов совершенствованием конструкции, рациональным использованием и улучшением труда механизаторов» на 1996-2000 годы (№ госрегистрации 01.96.0015989), утвержденной на заседании ученого совета 25.10.1995 г.; «Повышение эффективности работы мобильных энергетических средств (МЭС) на основе совершенствования конструкции и рационального использования» на 2001-2005 годы (№ госрегистрации 01.200.1-003989), утвержденной на заседании ученого совета 25.10.2000 г.; «Повышение эффективности работы мобильных энергетических средств (МЭС) путем совершенствования конструкции и рационального использования» на 2006-2010 годы, утвержденной на заседании научно-технического совета 25.01.2006 г.; «Инновационные направления совершенствования процессов и технических средств механизации производства продукции растениеводства» на 2011-2015 годы, утвержденной на заседании научно-технического совета 17.02.2011 г.; «Инновационные направления совершенствования процессов и технических средств механизации и электрификации сельскохозяйственного производства» на 2016-2020 годы, утвержденной на заседании научно-технического совета 29.01.2016 г., а также гранта на выполнение научно-исследовательской работы по проекту «Сохранение физико-механических свойств почвы путем выбора рационального способа движения МТА» (приказ № 3-284 от 5.04.2018 г. «Об утверждении тем научных проектов»).

Степень разработанности темы. В настоящее время накоплено достаточное количество теоретического и экспериментального материала по исследованию управляемости и устойчивости при криволинейном движении сельскохозяйственных агрегатов с прицепными машинами, которые успешно

используются конструкторами в разработке новых агрегатов и производственниками в их рациональной эксплуатации.

Огромный вклад в развитие и совершенствование методов расчетов характеристик криволинейного движения колесных тракторов и их улучшение внесли Ю. В. Атаманов, А. В. Балашов, Р. Н. Валюженич, В. В. Ванцевич, П. П. Гамаюнов, Г. В. Голованов, В. В. Гуськов, Л. В. Гячев, А. Н. Зазуля, А. А. Зенькович, С. А. Иофинов, В. Е. Красильников, М. С. Кринко, А. Х. Лефаров, А. Д. Полетаев, И. П. Трояновская, А. Т. Скойбеда, В. А. Эвиев, Ю. И. Ярмашевич, В. В. Яцкевич, а также другие отечественные и зарубежные ученые. Однако, управляемость и устойчивость тракторов в составе комбинированных агрегатов при повороте с малыми радиусами и на самом динамически нагруженном участке поворота «вход в поворот» исследованы недостаточно. Исследованию подвергался лишь отдельно трактор при движении по кругу с малыми скоростями. Однако, установлено [16, 17, 20, 45, 57, 221], что передние и задние навесные системы оказывают значительное влияние на кинематику и динамику поворота, а также на физико-механические свойства почвы.

Поэтому, существующие теоретические и экспериментальные подходы к оценке характеристик криволинейного движения навесного МТА на базе интегрального универсально-пропашного колёсного трактора, не всегда в полной мере отражают реальную картину его движения. Имеющиеся теоретические разработки носят частный характер, отдельные положения противоречивы и отвергнуты практикой [254, 255, 258].

На основе анализа ранее выполненных исследований криволинейного движения тракторов и МТА нами была выдвинута научная гипотеза: улучшить управляемость и повысить устойчивость криволинейного движения интегральных универсально-пропашных тракторов возможно за счет применения комбинированного способа поворота и совершенствования системы рулевого управления для реализации этого способа.

Объект исследования: процесс криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми и ведущими колесами.

Предмет исследования: закономерности изменения кинематических и динамических характеристик криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми и ведущими колесами.

Научная новизна:

- комбинированный способ поворота МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами и усовершенствованная конструкция системы рулевого управления для его реализации;

- методика определения минимального радиуса поворота универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами, учитывающая расстояния между осями шкворней и углов поворотов внутренних колес;

- математическая модель криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора, с учетом колебаний элементов трансмиссии, колес и остова на основе уравнения Лагранжа второго рода и бокового увода каждого колеса;

- способ определения и усовершенствованная методика аналитического представления действительной траектории криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора, включающие ее копирование на поверхности почвы и нелинейную аппроксимацию кусочно-гладкой функцией;

- методика определения бокового отклонения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора, учитывающая изменения расчетной и экспериментальной траекторий;

- программные модули для расчета эксплуатационных параметров, кинематических и динамических характеристик МТА на базе универсально-пропашного трактора и выбора их рациональных величин.

Теоретическую значимость имеют: методика аналитического представления действительных траекторий движения и определения минимального радиуса поворота МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами; математическая модель криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора с учетом колебаний элементов трансмиссии, колес и остова; методика определения бокового отклонения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора в зависимости от конструктивных и эксплуатационных факторов. Внесены дополнения в теорию криволинейного движения колесных тракторов касающихся устойчивости и управляемости перспективных интегральных универсально-пропашных тракторов со всеми управляемыми колесами.

Практическую значимость имеют: комбинированный способ поворота интегрального универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами, обеспечивающий устойчивость при криволинейном движении МТА; усовершенствованная конструкция системы рулевого управления трактора со всеми управляемыми колесами, реализующая различные способы поворота, и в том числе предложенный комбинированный способ; способ определения траектории криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора, обеспечивающий получение ее точного изображения; программные модули, реализующие расчет и выбор рациональных величин эксплуатационных параметров, кинематических и динамических характеристик МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора в автоматизированном режиме на персональном компьютере.

Методология и методы исследования. При проведении исследований использовались методы системного и структурного анализа, математической статистики, планирования эксперимента. Аналитическое описание процесса криволинейного движения МТА выполнено на основе положений теоретической механики, теории дифференциальных уравнений и методов

математического моделирования. Математическое моделирование реализовано на современном персональном компьютере с использованием программных пакетов Mathcad, MatLab, Maple, Simulink. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и полевых условиях в соответствии с требованиями действующих стандартов и разработанными частными методиками. Обработка экспериментальных данных проводилась на персональном компьютере с использованием программы для работы с электронными таблицами Excel.

Положения, выносимые на защиту:

- комбинированный способ поворота и усовершенствованная система рулевого управления интегрального универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами, позволяющие повысить устойчивость при криволинейном движении МТА;

- методика определения минимального радиуса поворота интегрального универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами, позволяющая повысить универсальность и точность расчета;

- математическая модель криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора, позволяющая определить кинематические и динамические характеристики с учетом вертикальных и продольных колебаний, действия центробежной силы и момента силы инерции, перераспределения нормальных реакций, касательных сил тяги, сил сопротивления качению и боковых сил по колесам, параметров рулевой трапеции, режимов работы системы рулевого управления;

- способ определения и усовершенствованная методика аналитического представления действительной траектории криволинейного движения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора, позволяющие получить результаты в полярных и прямоугольных координатах и построить ее графическое изображение;

- методика определения бокового отклонения МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора, позволяющая сравнивать действительные и теоретические траектории движения;

- программные модули для расчета кинематических и динамических характеристик МТА на базе интегрального универсально-пропашного трактора и выбора их рациональных величин, позволяющие выполнять эти расчеты на персональном компьютере с высокой производительностью и точностью.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов и выводов, полученных в диссертации, обеспечивается применением общенаучных методов и приемов. Экспериментальные исследования выполнены на сертифицированном современном оборудовании по апробированным методикам. Сходимость теоретических и экспериментальных данных позволяет говорить об адекватности предложенных математических моделей и не противоречит фактам, известным из специальной литературы.

Разработанная научно-техническая документация системы рулевого управления универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами внедрена и используется на сельскохозяйственных предприятиях Воронежской и Липецкой областей для реализации различных способов поворотов МТА на базе тракторов ЛТЗ-155 и РТМ-160. Разработанные методики и математические модели приняты за основу для модернизации конструкций универсально-пропашных тракторов на ОАО «Минский тракторный завод», АО «Петербургский тракторный завод», а также использовались на Липецком тракторном заводе. Результаты, полученные в диссертации, используются в учебном процессе агроинженерного факультета ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ по направлению подготовки бакалавров 35.03.06 «Агроинженерия» и направлению магистерской подготовки 35.04.06 «Агроинженерия».

Основные положения работы доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО

Воронежский ГАУ (1989-2018 годы), на заседаниях научно-технического совета Липецкого тракторного завода (г. Липецк, 1989-1991, 1993, 1995 годы), на межрегиональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (г. Воронеж, 1993, 1997 годы), на международных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (г. Воронеж, 1995, 1999 годы), на международных научно-практических конференциях «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 1999-2001, 2005-2008 годы), на всероссийской научно-практической конференции (г. Воронеж, 1999 г.), на постоянно действующем научно-техническом семинаре стран СНГ (г. Санкт Петербург, 2000 г.), на научно-технической конференции (г. Санкт Петербург, 2002 г.), на международной научно-технической конференции (г. Санкт Петербург, 2003, 2007 годы), на всероссийской научно-практической конференции (г. Курск, 2007 г.), на заседании регионального «Круглого стола» Черноземья (Белгородская область, 2008 г.), на международных научно-практических конференциях (г. Воронеж, 2013-2018 годы).

Личный вклад соискателя заключается в определении цели и задач исследования; формулировке научной гипотезы, выборе методов исследований; в разработке и реализации конструкции системы рулевого управления универсально-пропашного трактора со всеми управляемыми колесами, разработке и обосновании рационального способа криволинейного движения МТА; разработке способа определения траектории криволинейного движения МТА, выводе расчетных формул и разработке методик для определения кинематических и динамических характеристик криволинейного движения МТА, создании алгоритмов расчета кинематических и динамических характеристик криволинейного движения МТА, разработке математической модели криволинейного движения МТА, проведении экспериментов и анализе полученных результатов, обосновании новых технических решений, формулировке выводов, подготовке научных публикаций по теме диссертации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 82 научные работы, в том числе: 15 статей - в ведущих рецензируемых научных изданиях, в которых

должны быть опубликованы основные результаты докторских диссертаций; две статьи в изданиях, входящих в международные реферативные базы данных Web of Science и Scopus; пять патентов на изобретения; один патент на полезную модель; три свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ; одна монография. Общий объем публикаций составляет 30,9 п.л., из них автору принадлежит 19,6 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 440 страницах, включает 353 страниц основного текста, 110 рисунков, 10 таблиц, 307 источников литературы и 14 приложений.

1. ОБЗОР, АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

В ОБЛАСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ И

УСТОЙЧИВОСТИ МТА

1.1. Перспективы развития МТА

Развитие и углубление рыночных отношений в сфере экономики ставят перед отечественными тракторостроителями проблему обеспечения конкурентоспособности продукции, что во многом зависит от темпов освоения инноваций, от конкурентной позиции на мировых рынках, а также от развития собственной производственной базы в секторе агропромышленного комплекса (АПК). Сегодня в производстве сельскохозяйственной продукции решающая роль отводится технологической модернизации и применению новых технологий в АПК, что возможно на базе новой высокопроизводительной техники, способной в агротехнические сроки выполнять необходимый комплекс работ по возделыванию зерновых и пропашных культур с соблюдением агротехнологических требований.

И хотя по прогнозам значение и доля энергетических самоходных средств в сельскохозяйственном производстве будет неуклонно возрастать и тракторная энергетика претерпит существенные качественные и количественные изменения, но на полевых работах, в том числе при междурядной обработке пропашных культур универсально-пропашной трактор все еще останется на ближайшую перспективу основным энергетическим средством [69, 139, 164, 208, 264, 265].

В мировой практике тракторостроения на тракторы традиционной компоновки с передними управляемыми и меньшими по размерам, чем задние, колесами все в большей мере распространяются тенденции к росту мощности. Предпосылками к развитию такого типа тракторов являются их более низкая стоимость по сравнению с тракторами шарнирно-сочлененной схемы и

возможность универсального использования в соответствующих агротехнических условиях.

Реальные предпосылки для создания энергонасыщенного пропашного трактора дала новая интегральная схема универсально-пропашного трактора 4К4 с колесами одинакового размера. Учитывая, что общая грузоподъемность шин трактора новой схемы на самом деле выше грузоподъемности шин трактора обычной схемы того же класса, а вес его может быть меньше, трактор с колесами одинакового размера можно агрегатировать с более тяжелыми машинами, как на задней, так и на передней навесках [251].

Требования к универсально-пропашным тракторам предусматривают:

- различные варианты присоединения навесных сельскохозяйственных машин к трактору: на задней навесной системе, на передней навесной системе, на передней и задней навесными системами.

- наличие заднего и переднего независимого вала отбора мощности для привода активных рабочих органов;

- размещение на тракторе емкостей для посевного материала и удобрений;

- обеспечение требуемого уровня обзорности с места тракториста.

Процесс увеличения мощности и энергонасыщенности при существующей традиционной схеме компоновки тракторов имеет предел по целому ряду причин. Граница этого предела и обусловливает переход к новым схемам тракторов - так называемым «мобильным энергоблокам». Мобильные энергетические средства являются неотъемлемой частью процесса выращивания урожая. В этой связи намечается два варианта решения задачи по созданию таких энергетических средств:

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Беляев Александр Николаевич, 2019 год

О и -

9 -

10 -

11 -

12 -

13

14

IS -

16 -

17 -

IS -

19

20 -

21

22 -

23 -

24

25

2€ -

27 -

2S

29 -

30 -

31

Вычисление вспомогательных величин/Вычисление углов /MATLAB Function +

[^function [а12 , а22 ] = angle (Tip, al2mf a22mf omlf om2f t> ж1=0; x2=Q; if Tip=l xl=oml*t; k2 =0; end

if Tip==2 xl=ona*t.; K2=-om2*t; if abs(x2)>a22m x2=-a2 2m;

end end

if Tip==3

Kl=Qirtl*'t;

if x2>a2 2m x2 =om2*t;| else

x2 =-orn2*'t; end if x2<0 x2 =0;

end end

if Kl>al2m

xl=al2:m;

end

al2=xl; a22 = k2;

Программа модуля «Вычисление сил сопротивления»

1

2

3

4

5

7

8 э

10 11 12

13

14

15

16 17 1S

19

20 21 22

Вычисление вспомогательных величин/Вычисление сил сопротивления [function Ff = fen(G,Ъ,rO,icfрн,к,Hpshin,nkshin) D0=2-r0;

xl=2 *p±*pw"sqrt(rO*rc); hshin=G/xl; eps=0.001; Dpr=1.8*D0; e=l." i=0;

x2=G/(k*b); [; while e>eps

h=(х2"2/Орг)"1/3; Dl=D0+hshin/h*(D0-2*h-hshin); e=abs(Dpr-Dl); Dpr=Dl; i=±4l; end

dlsp (1) ;

Ffp=0.5"G"sqrt(G/(k"2*fc"2*Dpr>); be 11 a=4 *Hpshin * 1 e - 5/(ntshin*(100*fc)"3/2*D0"2) ; alfa=0.082*7.8е-й*(nkshin*(100*b)"3/2*D0"2)/(4»Hpshin) . Ffsh±n=G*(alfa+tetta"le4"G"2)/(l+pw*10); Ff=Ffp+Ffshin;

44

45 -

46 -

47 -

43 -

49 -

50 -

51 -

52

53 -

54 -

55 -

56 -

57 -

53 -

59 -

60 -

61 -

62 -

63

ЗЕсксЕке силк

ж1=-Рк1Р*Ь+Р:Е1*1Н-Рпи*е-Р1:и*£1-М11; РЫ=х1/ч;

х1=Рк2Р*г-Р£2*Т4Епи*Ъ-Е1;и*&4Ми;

РЬ2 =х1/с;

РЬ=(РЬ14РЬ2)/2;

РЬ12=РЬ/(1411/12);

РЬ22=РЪ/(1412/11) ;

% Силк а яги

х1=Ч1и4Епи*е-Е^^4Р±1*л-РЪ1*д4Рк1Р*л; Рк11=х1/(л14л2};

х1=-Ми-Рпи<'Ъ4Р1;и*г4Р£2*г4РЬ12*с4Рк2Р*г1; Рк21=х1/(г14г2} ; Рк12=Рк1Р-Рк11; Рк22=Рк2Р-Рк12 ; Р1=(Рк114Рк21}/(1411/12} Р2 =(Рк1£ 4Рк£ 2}/(1411/12} Р3=(Рк114Рк21}/(1412/11} Р4=(Рк12 4Рк2 2}/(1412/11}

Рк1 . Рк2

_ _ _ _ _ _ _ _ _

Рк1 -Рк2

_/ —^

у

/

1 2 5 7 а 1

11 Модель движения МТА/Блок еы числен ил праЕыхчастей дифференциальныхураЕнени

1 Е :£ип^±сп [у1, у2 , уЗ, у4, у5] = £хс (Е, Раг, Алд,Уа1}

2 - Рк1=г(1) ;

3 - Рк12=г (2 ) ;

4 - Рк2=£(3);

5 - Рк2 2 =2(4) ;

6 - Р£1=2 (5);

7 - Р£12=2(6);

8 - ££2=1(7);

9 - Р£ 2 2 =Е (8) ;

10 - РЫ=г(9}|;

11 - РЫ2=г (10) ;

12 - РЬ2=2(11};

13 - Р]с2 2 =Е (12) ;

14 - а1=Апд(1);

15 - а12=Апд(2};

16 - а2=Апд(3);

17 - а22=Апд(4};

13 - д1=Алд(5);

19 - д12=Апд(6);

20 - д2 =Апд(7) ;

21 - д2 2 =Апд(8);

22 - Зetta=Val(1);

23 - Нс=Уа1(2 ) ;

24 - Мср=Уа1(3);

25 - г01=Уа1(4);

26 - гБ12=Уа1(5);

27 - гБ2=Уа1(6);

25 - гБ2 2=Уа1(7};

29 - Ы£=Уа1(8);

30 - Ыз=Уа1(Э);

31 - РБ£=Уа1(10);

32 - РБз=Уа1(11};

33 - Мс±=Уа1(12);

34 - Э=Раг(1);

35 - 31=Раг(2);

36 - 11=Раг(3);

37 - а=Раг(4);

38 - х=Раг(5);

39 - та=Раг(й};

1П ХУ ЕгарИ -|П|х|

10 X У Р1о1

3

<л 6 'Ч /

< >" 4 / \

2 0 V

0 2 4 6 3 X 10 12 14

№ 2018661182

российская федерация

2018661182

федеральная служба по интеллектуальной собственности

(12) ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ

Номер регистрации (свидетельства): 2018661182

Дата регистрации: 04.09.2018

Номер и дата поступления заявки:

2018615672 04.06.2018

Дата публикации: 04.09.2018

Контактные реквизиты: нет

Авторы:

Беляев Александр Николаевич ^Ц), Свистов Виталий Викторович ЩЦ), Тришина Татьяна Владимировна ЩЦ)

Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» ^Ц)

Название программы для ЭВМ:

Программа расчета сил, действующих на колесную машину при повороте Реферат:

Программа позволяет определить силы инерции, действующие на остов машины со

всеми управляемыми колесами при криволинейном движении, боковые силы,

действующие на колеса машины со всеми управляемыми колесами при криволинейном

движении, и касательные сил тяги на колесах машины со всеми управляемыми колесами

при криволинейном движении.

Язык программирования: МаШсаё 15

Объем программы для ЭВМ: 220,5 Кб

№ 2018661183

российская федерация

РУ 2018661183

федеральная служба по интеллектуальной собственности

(12) ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕ

ИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ

Номер регистрации (свидетельства): 2018661183

Дата регистрации: 04.09.2018

Номер и дата поступления заявки:

2018615804 07.06.2018

Дата публикации: 04.09.2018

Контактные реквизиты: нет

Авторы:

Беляев Александр Николаевич ^Ц), Свистов Виталий Викторович ^Ц), Тришина Татьяна Владимировна ЩЦ)

Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

« Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» ЩЦ)

Название программы для ЭВМ:

Программа расчета координат, радиусов кривизны и построения траектории

движения центра тяжести колесной машины

Реферат:

Программа позволяет определить координаты траектории движения центра тяжести колесной машины и по этим данным построить траекторию движения в системе координат XY. Кроме того, программа позволяет определить радиус кривизны траектории движения центра тяжести колесной машины в произвольный момент времени.

Язык программирования: МаШсаё 15 Объем программы для ЭВМ: 82,2 Кб

№2018663145

1Ш 2018663145

российская федерация

федерачьная служба по интеллектуальной собственности

ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ

Номер регистрации (свидетельства): 2018663145

Дата регистрации: 2210-2018

Номер я дата поступления заявки: 2018660223 25.09.2018

Дата публикации н номер бюллетеня: 22.102018 Бюл. № 11

Контактные реквизиты: нет

Автор* ы):

Беляев Александр Николаевич (1Ш). Пиляев Сергей Николаевич (Я11). Три шина Татьяна Владимировна (111)). Оробинский Владимир Иванович (1Ш)

Правообладатель(и>: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный аграрный университет им сип императора Петра

1» (яи>

Название программы для ЭВМ:

Программа расчета кинематических и динамических параметров криволинейного движения колесной машины со всеми управляемыми колесами

Реферат:

Программа позволяет определить динамические характеристики: силы ииерции. действующие на остов колесной машины, боковые и вертикальные силы, действующие на колеса машины, силы сопротивления качению и касательные силы тяги на колесах машины со всеми управляемыми колесами при криволинейном движении: кинематические характеристики: путь, скорость, ускорение, траекторию и радиус поворота характерных точек колесной машины со всеми управляемыми колесами при криволинейном движении.

Язык программирования: Объем программы для ЭВМ:

Ма11аЬ, $итшИпк 85 Кб

402

Приложение Л Программы аппроксимации экспериментальных данных

МТА-1 град Х,м Y,м 1,м

0 0 0 0

0 0 0,5 0 3

0 0 0,6 0 6

0 0 0,875 0 875

2 1 0813

4 1 3378

6 1 4942

9 1 821

13 2 164

16 2 451

22 2 79

24 3 111

27 3 44

31 3 728

34 4 075

38 4 368

41 4 675

45 5 0278

48 5 365

50 5 636

53, 5 5 961

57, 5 6 274

61 6 679

65 6 999

70 7 357

72, 5 7 646

75 7 935

78 8 292

81 8 604

85 8 942

90 2 2 9 345

с 9 град Ткг=2.7 > restart:

АЬ[0]:=0:АЬ[1]:=0:АЬ[2]:=0:АЬ[3]:=0:АЬ[4]:=2:АЬ[5]:=4:АЬ[6]:=6:АЬ[ 7]:=9:АЬ[8]:=13:АЬ[9]:=16:АЬ[10]:=22:АЬ[11]:=24:АЬ[12]:=27:АЬ[13]: =31:АЬ[14]:=34:АЬ[15]:=38:АЬ[16]:=41:АЬ[17]:=45:АЬ[18]:=48:АЬ[19]: =50:АЬ[20]:=53.5:АЬ[21]:=57.5:АЬ[22]:=61:АЬ[23]:=65:АЬ[24]:=70:АЬ[ 25]:=72.5:АЬ[26]:=75:АЬ[27]:=78:АЬ[28]:=81:АЬ[29]:=85:АЬ[30]:=90:

Ь[0]:=0:Ь[1]:=.3:Ь[2]:=.6:Ь[3]:=.875:Ь[4]:=1.1:Ь[5]:=1.34:Ь[6]:=1. 5:Ь[7]:=1.8:Ь[8]:=2.16:Ь[9]:=2.45:Ь[10]:=2.79:Ь[11]:=3.1:Ь[12]:=3. 44:Ь[13]:=3.7:Ь[14]:=4.1:Ь[15]:=4.4:Ь[16]:=4.7:Ь[17]:=5:Ь[18]:=5.3 6:Ь[19]:=5.64:Ь[20]:=5.96:Ь[21]:=6.27:Ь[22]:=6.68:Ь[23]:=7

:L[24]:=7.36:L[25]:=7.65:L[26]:=7.93:L[27]:=8.3:L[28]:=8.6:L[29]:=

8.94:L[30]:=9.34:

N:=30:XX:=0:YY:=0:

x[0]:=0:y[0]:=0:

for i from 0 to N-1 do ug[i]:=AL[i+1]:LL[i]:=L[i+1]-L[i] od:

for i from 0 to N do

delx[i]:=evalf(LL[i]*sin(ug[i]*Pi/180)):XX:=XX+delx[i]: dely[i]:=evalf(LL[i]*cos(ug[i]*Pi/180)):YY:=YY+dely[i]: x[i+1]:=XX:y[i+1]:=YY od:

#for i from 0 to N do

#print(x[i],y[i]) od:

x2:=[seq(x[k],k=0..N)]: y2:=[seq(y[k],k=0..N)]:

pp:=(x2,y2)->[x2,y2]:aa:=zip(pp,x2,y2,2): with(CurveFitting):x:='x':

g1:=evalf(LeastSquares(aa,x,curve=a*xA.28-b*xA2.2-bb*x));

g2:=unapply(g1,x):

pr1:=D(g2):

pr2:=D(pr1):

Ro:=x->-(1+pr1(x)A2)A1.5/pr2(x):

plot(Ro(x),x=0.2..6,labels=[4Абсцисса поворота, м4,4Радиус кривизны,

мч],labeldirections=[HORIZONTAL,VERTICAL],font=[TIMES,ROMAN,12],ax

es=boxed,style=line,linestyle=1,thickness=2,color=black);

R0_sr:=1/5.8*int(Ro(x),x=0.2..6,numeric);

plot([g1,aa],x=0..6,labels=[чАбсцисса поворота, м4,4Ордината поворота,

мч],labeldirections=[H0RIZ0NTAL,VERTICAL],font=[TIMES,R0MAN,12],sy mbol=B0X,axes=boxed,style=[line,point],linestyle=1,symbolsize=10,t hickness=2,color=black);

g1 := 3.46991483905629 х028 + 0.441228454941709 х - 0.0451852005845796 х2'2

КО 8г := 5.290235784

> МТА-4

град К,м Y,м 1,м

0 0 0 0

0 0 0,4 0,4

0 0 0,85 0,85

0,5 1,3078

1,5 1,7235

3,5 2,055

4,5 2,331

7 2,87

12,5 3,456

158 4,14

25 4,8498

30 5,4781

38 6,1541

44 6,978

50,5 7,63

59,5 8,3713

65 9,0576

72 9,717

78 10,31

84 10,904

90 6,43 8 11,498

c 7 град Tkr=2.0 > restart:

AL[0]:=0:AL[1]:=0:AL[2]:=0:AL[3]:=.5:AL[4]:=1.5:AL[5]:=3.5:AL[6]:= 4.5:AL[7]:=7:AL[8]:=12.5:AL[9]:=15.5:AL[10]:=25:AL[11]:=30:AL[12]: =38:AL[13]:=44:AL[14]:=50.5:AL[15]:=59.5:AL[16]:=65:AL[17]:=72:AL[ 18]:=78:AL[19]:=84:AL[20]:=90:

L[0]:=0:L[1]:=.4:L[2]:=.85:L[3]:=1.3:L[4]:=1.7:L[5]:=2:L[6]:=2.33:

L[7]:=2.87:L[8]:=3.45:L[9]:=4.14:L[10]:=4.85:L[11]:=5.48:L[12]:=6.

15:L[13]:=6.98:L[14]:=7.63:L[15]:=8.37:L[16]:=9:L[17]:=9.72:L[18]:

=10.3:L[19]:=10.9:L[20]:=11.5:

N:=20:XX:=0:YY:=0:

x[0]:=0:y[0]:=0:

for i from 0 to N-1 do ug[i]:=AL[i+1]:LL[i]:=L[i+1]-L[i] od:

for i from 0 to N do

delx[i]:=evalf(LL[i]*sin(ug[i]*Pi/180)):XX:=XX+delx[i]: dely[i]:=evalf(LL[i]*cos(ug[i]*Pi/180)):YY:=YY+dely[i]: x[i+1]:=XX:y[i+1]:=YY od:

#for i from 0 to N do

#print(x[i],y[i]) od:

x2:=[seq(x[k],k=0..N)]: y2:=[seq(y[k],k=0..N)]:

pp:=(x2,y2)->[x2,y2]:aa:=zip(pp,x2,y2,2): with(CurveFitting):x:='x':

g1:=evalf(LeastSquares(aa,x,curve=a*xA.26-b*xA2-bb*x));

g2:=unapply(g1,x):

pr1:=D(g2):

pr2:=D(pr1):

Ro:=x->-(1+pr1(x)A2)A1.5/pr2(x):

plot(Ro(x),x=0.25..6,labels=[4Абсцисса поворота, м4,4Радиус кривизны,

мч],labeldirections=[HORIZONTAL,VERTICAL],font=[TIMES,ROMAN,12],ax es=boxed,style=line,linestyle=1,thickness=2,color=black);

R0_sr:=1/5.75*int(Ro(x),x=0.25..6,numeric);

plot([g1,aa],x=0..6,labels=[чАбсцисса поворота, м4,4Ордината поворота,

мч],labeldirections=[H0RIZ0NTAL,VERTICAL],font=[TIMES,R0MAN,12],

symbo1=BOX,axes=boxed,sty1e=[1ine,point],1inesty1e=1,symbo1size=10 ,'ЬЬ1скпез8=2,со1ог=Ь1аск);

:= 4.87484409994944 х026 + 0.390971660682279 х - 0.0621301672127415 х2

1 2 3 4 5

Абсцисса поворота, I

ЯО := 5.830818980

> Трактор-3

град X ,м Y,м l ,м

0 0 0 0

0 0 0, 325 0 ,325

0 0 0, 752 0 ,752

1,5 1 ,0486

3 1 ,3772

4,5 1 ,6208

6,5

1,7722

2,0758

2,5541

3,0791

3,4874

3,966

4,5431

5,0044

5,5327

5,961

6,4843

7,0626

7,5724

8,1922

8,61851

9,063

8

13,5

17 22 27

33,5

39 44 49 54 59 66 73 79 85 90

5,43 6,5 9,5913

> restart:

AL[0]:=0:AL[1]:=0:AL[2]:=0:AL[3]:=1.5:AL[4]:=3:AL[5]:=4.5:AL[6]:=6 .5:AL[7]:=8:AL[8]:=13.5:AL[9]:=17:AL[10]:=22:AL[11]:=27:AL[12]:=33 .5:AL[13]:=39:AL[14]:=44:AL[15]:=49:AL[16]:=54:AL[17]:=59:AL[18]:= 66:AL[19]:=73:AL[20]:=79:AL[21]:=85:AL[22]:=90:

L[0]:=0:L[1]:=.325:L[2]:=.75:L[3]:=1:L[4]:=1.38:L[5]:=1.62:L[6]:=1

.77:L[7]:=2.08:L[8]:=2.55:L[9]:=3.08:L[10]:=3.49:L[11]:=3.97:L[12]

:=4.54:L[13]:=5:L[14]:=5.53:L[15]:=5.96:L[16]:=6.48:L[17]:=7.06:L[

18]:=7.57:L[19]:=8.19:L[20]:=8.62:L[21]:=9.06:L[22]:=9.59:

N:=22:XX:=0:YY:=0:

x[0]:=0:y[0]:=0:

for i from 0 to N-1 do ug[i]:=AL[i+1]:LL[i]:=L[i+1]-L[i] od:

for i from 0 to N do

delx[i]:=evalf(LL[i]*sin(ug[i]*Pi/180)):XX:=XX+delx[i]: dely[i]:=evalf(LL[i]*cos(ug[i]*Pi/180)):YY:=YY+dely[i]: x[i+1]:=XX:y[i+1]:=YY od:

for i from 0 to N do

print(x[i],y[i]) od:

x2:=[seq(x[k],k=0..N)]: y2:=[seq(y[k],k=0..N)]:

pp:=(x2,y2)->[x2,y2]:aa:=zip(pp,x2,y2,2): with(CurveFitting):x:='x':

g1:=evalf(LeastSquares(aa,x,curve=a*xA.3-b*xA2.0-bb*x));

g2:=unapply(g1,x):

pr1:=D(g2):

pr2:=D(pr1):

Ro:=x->-(1+pr1(x)A2)A1.5/pr2(x):

p1ot(Ro(x),x=0.2..6,1abe1s=[чАбсцисса поворота, м4,4Радиус кривизны,

мч],1abe1directions=[HORIZONTAL,VERTICAL],font=[TIMES,ROMAN,12],ax

es=boxed,sty1e=1ine,1inesty1e=1,thickness=2,co1or=b1ack);

RO_sr:=1/5.8*int(Ro(x),x=0.2..6,numeric);

p1ot([g1,aa],x=0..6,1abe1s=[чАбсцисса поворота, м4,4Ордината поворота,

мч],1abe1directions=[HORIZONTAL,VERTICAL],font=[TIMES,ROMAN,12],sy mbo1=BOX,axes=boxed,sty1e=[1ine,point],1inesty1e=1,symbo1size=10,t hickness=2,co1or=b1ack);

0,0 0., 0.325 0., 0.750 0.006544237078 ,0.9999143312 0.02643190046 , 1.379393554 0.04526208344 , 1.618653714 0.06224256551 , 1.767689492 0.1053862268 ,2.074672593 0.2151055478 ,2.531686456 0.3700625513 ,3.038527977 0.5236512546 , 3.418673357 0.7415666945 , 3.846356489 1.056170776 ,4.321671408 1.345658156 ,4.679158550 1.713827092 , 5.060408644 2.038352212 , 5.342514026 2.459041049 , 5.648162357 2.956198084 , 5.946884440 3.422106268 ,6.154320128 4.015015217 , 6.335590585 4.437114906 , 6.417638453 4.875440573 , 6.455986980 5.405440573 , 6.455986980 := 3.97469342348280 х03 + 0.347974207189423 х - 0.0685263870944101 х20

1 2 3 4 5 6

Абсцисса поворота, и

ЯО 8Т := 5.263086367

СИ.............................

0 1 2 3 4 5 6

Абсцисса поворота, и

> Трактор-5

град 0 0 0 2 4

6,5 9

11,5

18,5

25,5