Основы совершенствования землеройно-мелиоративных машин (26.09.2011)

Автор: Ревин Юрий Григорьевич

Активные исследования динамики землеройно-мелиоративных машин начались во второй половине 60-х годов прошлого века, когда в Советском Союзе был взят курс на ускоренное развитие мелиорации в стране.

После создания трудами отечественных ученых и конструкторов первых оригинальных образцов мелиоративных машин на базе энергонасыщенных тракторов в научной литературе появились и результаты исследований их работы.

Основы создания мелиоративных машин вообще и, особенно, землеройно-мелиоративных в частности, заложены были трудами таких отечественных ученых как Гарбузов З.Е., Казаков В.С., Маммаев З.М., Мер И.И., Кузин Э.Н., Томин Е.Д., Турецкий Р.Л., Шаршак В.К., Рябов Г.А., Скотников В.А., ЛукъянчиковА.Н., Ксеневич И.П., Суриков В.В., Павлинов А.Н., Кокоз В.А….

Исследованиями систем приводов землеройно-мелиоративных машин успешно занимались такие ученые как Скотников В.А, Корнеев В.П., Шувалов А.В., Леонтьев Ю.П., Караваева Н.М., Лукьянчиков А.Н., Фомин К.В. Эти работы были проведены, в основном, для машин с механическими трансмиссиями. Исследования были проведены также и с гидрообъемными трансмиссиями, использование которых дает большой положительный аффект.

Большое влияние на появление и развитие работ по применению объемного гидропривода оказали работы ученых института горного дела им. А.А. Скочинского. Следует отметить обобщающую и насыщенную новыми идеями научную работу доктора технических наук Бермана В.М., который убедительно обосновал принципиальную целесообразность использовать объемного гидропривода в системах привода горных машин.

Значительный вклад в научное понимание процессов формирования динамических нагрузок в системах привода горных машин сыграли работы доктора технических наук Красникова Ю.Д. и его соратников.

Значительный вклад в теорию формирования динамических нагрузок в трансмиссиях экскаваторов внесли доктор технических наук Волков Д.П. и его соратники. Экскаваторы (одноковшовые и многоковшовые) относятся к землеройным машинам и закономерности их работы довольно близки к таковым землеройно-мелиоративных.

Доктор технических наук Холодов А.М. довольно подробно и основательно исследовал динамику землеройно-транспортных машин. Главным образом, анализировались динамические нагрузки при стопорных режимах и только для машин с механической трансмиссией.

В научной работе Федорова Д.И., Бондаровича Б.А., Перепонова В.Н., которую можно оценить как значительную, основное внимание уделяется анализу нагрузок землеройно-транспортных машин как случайных процессов применительно к металлоконструкциям этих машин.

Все эти исследования позволили направить будущие исследования динамики машин в правильное русло – совершенствование методик анализа и, в будущем синтеза, нагрузок в системах привода рабочих органов землеройно-мелиоративных машин с различными видами трансмиссий.

Исследования по оценке влияния на динамику машин неровностей трасс их движения. Необходимость учета неровностей поверхности трасс очень актуально, однако обобщающих сведений об этих неровностях и их влиянии на колебания землеройно-мелиоративных машин практически нет. Можно упомянуть работу Ефремова А.Н. применительно к движению двухфрезерного каналокопателя, а также работы кандидатов технических наук Дубенской В.И. по мелиоративным ковшовым планировщикам в зоне орошения и Локшина Э.И. по многоотвальным планировщикам зоны осушения. В этих работах планировщики рассматривались как часть единого целого «машина – технологический процесс». Такой подход позволяет не только осознанно решать вопросы анализа, т.е. получать данные о процессе выравнивания поля конкретным планировщиком при известных неровностях до планировки, но и приступить к формированию выработки конструкции планировщика с заранее заданными свойствами, т.е. решать задачи синтеза.

Довольно широко были исследованы неровности поверхностей движения в работах Лурье А.Б. применительно к работе сельско-хозяйственных машин.

Имеются довольно объемные сведения о характеристиках неровностей автомобильных дорог. Эти сведения вполне могут быть использованы и для оценки динамики движения землеройно-мелиоративных машин.

Краткий обзор исследований по неровностям поверхностей движения машин дает основание утверждать, что наиболее адекватными реальной ситуации для любых видов машин можно считать неровности типа белого шума с наличием устойчивых волн определенной длины со случайным распределением амплитуд. Авторы рассматривают неровности, главным образом, как возмущающее воздействие на землеройно-транспортную, землеройно-мелиоративную или сельскохозяйственную машину, которая трансформирует это воздействие в выходной процесс, оцениваемый как результат технологической операции. Влияние неровностей на колебания нагрузки в приводе машины не анализировалось.

Необходимо отметить еще одно важное обстоятельство. Большинство исследователей в очень малой степени оценивали влияние конструктивных параметров машин на показатели качества выполняемых машинами технологических процессов

На основании проведенного анализа научных работ в области исследования динамики землеройно-мелоративных машин, а также машин, сходных по концепции как технических устройств, так и средств для выполнения определенных технологических процессов, по области использования (торфяных, горных, землеройных, землеройно-транспортных, сельскохозяйственных) можно сделать обобщающий вывод о том, что уровень представлений о процессах формирования динамических явлений при работе ЗММ позволяет решать вопросы оценки их работоспособности исходя из разных критериев. Но этот уровень еще недостаточен для серьезных и объемных обобщений.

Недостаточная ясность в описании функционирования ЗММ может быть объединена в несколько проблем, которые еще не в полной степени исследованы и осмыслены. К ним относятся:

- неопределенность в представлении внешних силовых воздействий на рабочих органах машин;

- малая информационная наполненность внешних кинематических возмущений, действующих на ЗММ при их движении по неровной поверхности трасс;

- неполная ясность в том, как представлять внешнее возмущение в виде момента на валу дизеля как единственного энергетического средства мобильной ЗММ;

- незавершенность структурного представления о динамических системах ЗММ, которая заключается, в основном, в отсутствии в математической модели упруго-механической системы привода рабочего передвижения для машин с активными и. особенно, активно-пассивными рабочими органами, а также в отсутствии динамической подсистемы, позволяющей оценить влияние колебаний ЗММ в целом при их движении по неровностям поверхности трасс;

- отсутствие завершенности математического описания динамических характеристик ЗММ как систем, находящихся под воздействием кинематико-геометрических воздействий неровностей поверхности трасс движения машин.

Кроме всего перечисленного следует отметить также, что практически отсутствует информация о влиянии параметров и типа привода как рабочих органов, так и механизма передвижения на общую динамику ЗММ а также различных технологических, конструктивных и режимных параметров машин.

На основании вышесказанного в конце главы сформулированы цель и задачи исследований.

В третьей главе приведены общие сведения о динамических процессах, наблюдаемых при работе землеройно-мелиоративных машин. Отмечено, что реализации этих процессов, зафиксированные исследователями (в том числе автором настоящей диссертации), целесообразнее всего рассматривать как случайные функции.

Общий анализ этих реализаций показал, что они суть случайные периодические процессы с набором нескольких гармонических составляющих с довольно устойчивыми частотами и случайными значениями амплитуд.

В диссертации были выполнены расчеты по оценке степени приближения эмпирических распределений динамических нагрузок в приводе машин и микронеровностей, представленных продольными профилями неровностей трасс движения машин, к нормальному распределению. Эти расчеты показали, что с вероятностью 0.95 … 0.96 отклонения коэффициентов асимметрии и эксцесса по критерию Фишера от значений, соответствующих нормальному распределению, находятся в допустимых пределах.

В главе 4 рассмотрены методические основы исследований динамических явлений в структурах землеройно-мелиоративных машин.

Все динамические явления, формируемые во внутренних структурах ЗММ, определяются величиной и характером внешних возмущений, а также свойствами систем привода рабочих органов и механизма поступательного передвижения машины и системы агрегатирования рабочего оборудования с базовой машиной. Кроме того, на уровень динамических нагрузок в системах привода определенным образом влияют и колебания машины при движении ее по неровностям поверхности трасс движения.

Динамическая структура ЗММ определяется типом и количеством её рабочих органов, а также других агрегатов, приводимых в движение от основного двигателя.

Наиболее простыми можно считать структуры машин с пассивным рабочим органом типа плужного каналокопателя, наиболее сложными - структуры машин с комбинированными активными рабочими органами (например, шнекороторный каналокопатель).

Для n входных возмущений и m искомых реакций для многомассовой, в общем случае, динамической системы имеем следующее:

- матрица спектральных плотностей выходных переменных (например, нагрузок в различных элементах привода).

- матрица спектральных плотностей входных воздействий;

- спектральные и взаимно-спектральные плотности внешних воздействий на динамическую систему.

частотных характеристик системы.

- частотные характеристики динамической системы при различных сочетаниях «вход- выход».

Аналитическое выражение движущего момента – момента дизеля. Динамические нагрузки с их резкими колебаниями, свойственными большинству ЗММ, приводят к нарушениям процесса сгорания в дизеле, который зависит от соответствия угла опережения впрыска топлива и скорости вращения коленчатого вала. В результате такого возможного “несоответствия” повышается “жёсткость” работы двигателя, снижается полнота процесса сгорания и увеличивается нагрузка на детали двигателя.

Для дальнейших расчётов был использован разработанный доктором технических наук Багировым Д.М. [24] сравнительно простой способ учёта влияния неустановившейся нагрузки на показатели работы двигателей при помощи коэффициента ?. Это предполагает, что вращающий момент двигателя ТДВ есть линейная функция угловой скорости ? и ускорения коленчатого вала.

Выражение для динамического момента дизеля может быть записано:


загрузка...