Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

       На правах рукописи

Партко Светлана Анатольевна

Разработка методики повышения

работоспособности ходовой системы зерноуборочного комбайна за счет улучшения ее динамических свойств

05.02.13. - машины, агрегаты и процессы

(по отраслям АПК)

       

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

Донской государственный технический университет (ДГТУ)

Научный руководитель:        кандидат технических наук, профессор

       Андросов Анатолий Александрович

       

Научный консультант:        доктор технических наук, профессор

Грошев Леонид Матвеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

       Царев Юрий Александрович

       зав. каф. Технический сервис машин

в  ФГБОУ ВПО Донском государственном техническом университете

       доктор технических наук, профессор

       Касьянов Валерий Евгеньевич

зав. каф. Технической эксплуатации и сервиса автомобилей и оборудования ФГБОУ ВПО Ростовский Государственный Строительный Университет

Ведущая организация:        Северо-Кавказская ордена Трудового  Красного Знамени государственная зональная машино-испытательная станция (Сев-КавМИС,

        г. Зерноград)

Защита состоится л24 мая 2012 г. в 14-00 на заседании диссертационного

совета Д. 212.205.01 при Донском государственном техническом университете (ДГТУ)  (344000 г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 252).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат  в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим высылать в адрес  университета.

Автореферат разослан л23  апреля  2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент        Красноступ С.М.

Введение.

Ходовая система современного зерноуборочного комбайна (ЗУК) на колесном ходу состоит из корпуса, ходовых и управляемых колес, гидромеханического привода ходовой системы, дизельного двигателя внутреннего сгорания, а также систем управления и автоматизации движения машины.

Корпусом ЗУК на рабочем режиме работы является молотилка с шарнирно соединенной жатвенной частью. На транспортном режиме корпусом является молотилка с жестко соединенной с ней жатвенной частью.

Жатка с молотилкой соединена через наклонную камеру. Пружины, установленные на наклонной камере уравновешивают вес жатвенной части и усилия, действующие на копирующие башмаки уменьшаются, что позволяет облегчить копирование рельефа поля.

Подъем жатвенной части в транспортное положение производится до положения, когда жатвенная часть представляет одно целое с молотилкой.

В отличие от колесных сельскохозяйственных тракторов, автомобилей и других мобильных машин АПК, ходовая система ЗУК на рабочих режимах должна обеспечивать копирование макро и микрорельефа поверхности поля во избежание потери урожая. Поэтому в ходовой системе практически заблокированы соответствующие упругие элементы, определяющие плавность хода машины.

На транспортных режимах работы плавность хода комбайна определяется упруго-диссипативными и массово-геометрическими параметрами корпуса на пневматических шинах, а также параметрами привода ходовой системы.

При транспортировке ЗУК вертикальные колебания корпуса и крутильные колебания привода ходовой системы склонны к синхронизации (что исследовано в диссертации).

Синхронизация колебаний приводит к возникновению дополнительных вертикальных нагрузок в корпусе и крутящих моментов в приводе. В отличии от транспортных колесных машин АПК, в ЗУК отсутствуют специальные амортизаторы, а затухание колебаний происходит только в упругих шинах.

Поэтому при проектировании и расчете ЗУК необходимо производить спектральный анализ ходовой части и определять частотные параметры, исключающие синхронизацию колебаний.

В диссертации использованы динамические модели и проведены специальные теоретические и экспериментальные исследования для разработки методики повышения работоспособности ходовой системы ЗУК с учетом специфики конструкции и функционирования машины при выполнении основных (уборка урожая) и вспомогательных (транспортирование) операций. Методика позволяет определять параметры, при которых улучшается качество выполнения операций комбайном.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы.

Создание конкурентной техники агропромышленного комплекса является актуальной задачей, решение ее связано с повышением технического уровня машин.

Поэтому исследования направленные на совершенствование метода расчета и проектирования ходовых систем с учетом взаимного влияния колебательных процессов мобильных машин  являются актуальными.

Цель исследования:

Повышение работоспособности ходовой системы зерноуборочного комбайна.

Объект исследования.

Ходовая система зерноуборочного комбайна, состоящая из корпуса, ходовых и управляемых колес, гидромеханического привода и дизельного двигателя.

Предмет исследования.

Развитие исследований взаимосвязи ходовой системы комбайна в виде совокупности агрегатов, совершающих связанные линейные (корпус) и крутильные колебания.

Методы исследования.

Уточнение динамических моделей на основе дифференциальных уравнений Лагранжа, оценка состоятельности этих моделей.

Спектральный анализ динамических процессов по результатам тензометрирования.

Исследование условий синхронизации колебаний объектов, которые можно описать дифференциальными уравнениями с функциями связи.

Применение вероятностных методов при выборе колебательных параметров.

Научная новизна.

1. Исследованы условия возникновения связанных вертикальных колебаний корпуса молотилки и крутильных колебаний привода ходовой системы при движении зерноуборочного комбайна по агрофонам с различным спектральным составом неровности пути.

2. На основании динамических моделей и полевых экспериментов найдены частотные зависимости, определяющие снижение уровня динамических нагрузок в ходовой системе.

3. Разработана методика выбора массово-геометрических и упруго-диссипативных характеристик ходовой системы с использованием вероятностных критериев оптимальности.

Результаты исследований.

Результаты исследований были положены в основу при модернизации конструкций моста ходовых колес комбайна Дон - 1500, которая была принята в ОАО Ростсельмаш. В результате модернизации были изменены поля допуска для прессового соединения сателлита и водила бортового редуктора. Изменен технологический процесс подпрессовки соединения. Изменена конструкция сферической опоры сателлита, изменены режимы термической обработки зубьев коробки перемены передач.

Модернизированные варианты конструкции моста ходовых колес прошли стендовые ресурсные испытания и получили положительную оценку, что отмечено в отчете, утвержденном главным инженером ОАО Ростсельмаш.

Методика выбора оптимальных колебательных параметров ходовой системы ЗУК нашла применение в ВНИПТИМЭСХ.

Практическая значимость и реализация.

Получены рекомендации по выбору потребного момента инерции и крутильной жесткости привода ходовой системы.

Определены параметры гарантированных натягов в прессовом соединении деталей бортового редуктора, при которых сохраняется работоспособность узла.

Реализация результатов исследования

- в ГНУ ВНИИПТИМЭСХ внедрена методика выбора оптимальных колебательных параметров ходовой системы зерноуборочного комбайна;

- в ООО Комбайный завод Ростсельмаш внедрены конструктивные изменения бортового редуктора, позволяющие увеличить ресурс узла.

Апробация работы:

Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях ДГТУ в 2006 - 2011г.г. на XI, XV - международных конференциях Современные технологии в машиностроении (Пенза, 2007г.) на VII международной конференции по динамике технологических систем (Ростов-на-Дону, 2007г.).

Публикация результатов:

По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работы из них в центральной печати 3.

На защиту выносятся:

- анализ условий функционирования и эксплуатационных отказов;

- результаты полевых тензометрических исследований силового нагружения деталей ходовой системы зерноуборочного комбайна;

- динамические модели ходовой системы на различных режимах работы;

- частотный анализ ходовой системы и выбор параметров, обеспечивающих снижение уровней колебаний;

- определены параметры гарантированных натягов в прессовом соединении деталей бортового редуктора, при котором сохраняется работоспособность узла.

Структура и объем работы: диссертации состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы из 175 наименований и приложения. Работа изложена на 155 страницах, содержит 36 рисунков и 16 таблиц.

Содержание работы.

Введение содержит обоснование актуальности темы.

В первой главе Общий подход к решению проблемы приведены исследования по конкурентоспособности, долговечности отечественных зерноуборочных комбайнов. Литературный обзор исследований показал следующее.

Недостаточно обоснованными являются динамические модели ходовых систем зерноуборочных комбайнов, которые имеют существенно различную структуру на рабочем и транспортных режимах. Отсутствие эффективных амортизаторов при работе комбайнов на транспортных режимах работы приводит к возникновению нежелательных динамических процессов в ходовой системе. Изучению этого не уделено достаточного внимания в литературе. Вопросы выбора колебательных параметров ходовой системы комбайна рассматривались в детерминированном аспекте, хотя реальные машины имеют разбросы параметров для парка машин.

Исходя из этого, были поставлены следующие задачи исследования.

Задачи:

• собрать, систематизировать и дополнить статистический материал по условиям функционирования зерноуборочных комбайнов и эксплуатационным отказам ходовой системы;
• провести спектральный анализ динамических процессов изменения перемещений, скоростей, ускорений и крутящих моментов в ходовой системе на рабочих и транспортных режимах работы;
• уточнить динамические модели ходовой системы для работы на рабочих и транспортных режимов;
• произвести оценку достоверности принятых теоретических моделей;
• разработать программу расчета на колебания ходовой системы с применением ЭВМ;
• разработать методику частотного анализа ходовой системы с учетом ее особенностей, связанной возникновению явления синхронизации колебаний корпуса молотилки и привода ходовой системы;
• разработать методику выбора колебательных параметров с учетом вероятностного подхода к оптимизации;
• разработать мероприятия по повышению работоспособности деталей ходовой системы комбайна.

Во второй главе Особенности функционирования мобильных машин представлены скоростные, силовые и энергетические характеристики современных энергонасыщенных зерноуборочных комбайнов отечественных и зарубежных производителей. Были проанализированы тяговые характеристики дизельных двигателей уборочных машин, а также тяговые характеристики пневматических ходовых колес. Рассмотрен гидромеханический привод ходовой системы комбайна.

В третей главе Анализ эксплуатационных отказов ходовой системы.

На ООО Ростсельмаш и  в ДГТУ систематизированы результаты исследования надежности зерноуборочных комбайнов СК-5 Нива и Дон-1500 проведенные в КубНИТИМ, Центральный МИС и МИС ООО Ростсельмаш.

В процессе проведения работ по оценке показателей надежности фиксировались характеристики отказов, а также наработка машины до отказа ходовой системы (в часах).

Систематизация полученных материалов показала, что к числу наиболее характерных отказов, приводящих к выходу из строя ходовой системы относятся:

Разрушение сателлитов центральной шестерни, коронной шестерни, полуоси, излом оси бортового редуктора, разрушение сателлитов подшипников центральной и коронной шестерни бортового редуктора и др.

Результаты испытаний были обработаны с использованием методов математической статистики для получения оценок среднего и гамма-процентного ресурса. На рис. 1 построена функция распределения ресурса ходовой системы. График позволил установить ориентировочное значение среднего ресурса: Тср = 250 - 300 часов и 95% - ресурса; Т95 = 35 - 40 часов, а также среднее квадратическое отклонение ресурса от Тср: SТ = 78 часов. Был определен коэффициент вариации и коэффициент разброса ресурса .

Рис. 1 Функция распределения ресурса моста ходовых колес.

Фактически 95% ресурс примерно в 50 раз меньше потребного.

Аналогичные параметры рассеивания ресурса для подобных агрегатов тракторов и автомобилей имеют значения. Средний и гамма - процентный ресурс моста являются низкими. Так, 95% ресурс моста ходовых колес из расчета 200 часовой годовой загрузки машины должен быть порядка 2000 часов, а средний ресурс соответственно Тср=15400 ч.

В четвертой главе лДинамические модели ходовой системы зерноуборочного комбайна рассматривается влияние колебательных параметров на нагруженность ходовой системы зерноуборочного комбайна.

Характер колебаний несущей системы мобильной машины определяется внешними воздействиями, а также массово-геометрическими и упругодиссипативными характеристиками колебательных систем. Эти характеристики не являются постоянными и определяются эксплуатационными факторами, т.е. режимами работы. К этому следует добавить, что на выходные параметры мобильных машин, к которым относятся зерноуборочные комбайны, влияет также скорость движения машины и изменчивость характеристик внешних воздействий.

Динамическая модель ходовой системы зерноуборочного комбайна в транспортном режиме (Рис 2).

Рис.2  Модель колебательной системы, эквивалентная комбайну в транспортном режиме.

Корпус заменяется эквивалентной колебательной одномассовой системой. Масса комбайна М связана с полем или дорогой шинами, имеющими жесткость с и затухание k. Из всех возможных перемещений рассматривались главные, создающие максимальные ускорения: вертикальные колебания z.

Для определения амплитудно-частотных характеристик в транспортном режиме (Рис.2) составлены дифференциальные уравнения колебаний зерноуборочного комбайна (1).

               (1)

Из этой системы были получены дифференциальные уравнения, описывающие колебания корпуса в вертикальной плоскости в предположении, что правое и левое колеса комбайна движутся по дороге одинакового микропрофиля:

       ;

       ;

где        ; ; 1, 2 - парциальные частоты; 1,2 - коэффициенты связи между колебаниями передней и задней частей корпуса.

Для комбайна Дон - 1500 1 и 2 близки к нулю, поэтому колебания передней и задней части можно считать независимым и описать уравнением:

               (2)

Рассмотрим вынужденные колебания комбайна, происходящие под воздействием внешних возмущающий сил, имеющий периодический характер.

               (3)

где:        ;        ;

       .

определяем ускорение эквивалентной системы:

       (4)

Рис.3. Амплитудно-частотные характеристики комбайна Дон-1500.

Динамическая модель ходовой системы зерноуборочного комбайна в  рабочем режиме (Рис.4).

Рис.4. Колебательная модель комбайна для рабочего режима.

Для этой системы написаны дифференциальные уравнения, описывающие колебания корпуса в продольной плоскости.

Получено дифференциальное уравнение, с использованием неопределенных множителей Лагранжа, определяющее вертикальную реакцию под опорами жатки при случайном кинематическом возбуждении от профиля поля.        

Выведены передаточные функции линейного вертикального перемещения от профиля поля к корпусу и передаточные функции реакции под опорами жатки от профиля поля. Представлены аппроксимированные автокорреляционные функции профиля поля и спектральная плотность воздействия от профиля поля для разных скоростей движения зерноуборочного комбайна.

Найдено среднеквадратичное отклонение R, дисперсия, среднее количество превышений в единицу времени случайным процессом f(R) занданного уровня cm, равного статической реакции на опорах.

Исследования вертикальных колебаний корпуса на рабочих режимах показывает, что в этом случае комбайн колеблется как двухмасовая система, а следовательно, частоты собственных вертикальных колебаний корпуса на рабочих и транспортных режимах отличаются.

Кроме того, затухания колебаний корпуса на рабочих режимах больше за счет включения в систему диссипативных элементов жатки.

В работе рассмотрена модель гидромеханического привода ходонвой системы.

В качестве трансмиссии современных уборочных комбайнов используется объемная гидропередача занкрытого типа, позволяющая осуществлять  беступенчатое регулирование скорости движения машины. В работе рассматривается модель с регулируемым насосом при неизменных объемах гидромотора и механической КПП и бортовыми редукторами, позволяющая увеличить диапазон ренгулирования всего гидромеханического привода с максимально возможнным К.П.Д.

Считается, что отклонение от исходного установившегося режима проявляется в виде изменений скорости движенния жидкости (изменением энергии) и реализуется через изменение сконрости движения ходовых колес, вызванных изменением нагрузки. Эта нангрузка вызывает колебания гидроматора описанное уравнением (5):

       ,        (5)        (5)

где         - частота крутильных колебаний мотора;

       Т0 - постоянная времени привода;

        - коэффициент затухания колебаний;

       КМ - коэффициент чувствительности привода к изменению нангрузки;         - частота собственных крутильных колебаний привода.

В результате исследований в частотной области, получены модуль передаточной функции, спектральная плотность крутильных колебаний вала гидроматора и среднеквадратическое значение амплитуд этих коленбаний.

Вертикальные колебания корпуса порождают динамические нагрузки   на ходовые колеса, что приводит к возникновению крутящего момента

       

тоже динамического характера, так как при колебаниях корпуса изменяется радиус колеса  Rq ширина площадки контакта aq.

Привод ходовой системы, как динамическая система, реагирует на в виде возникновения в нем крутильных колебаний.

Это обстоятельство подтверждает возможность синхронизации колебания корпуса комбайна и привода ходовой системы комбайна при определенном  соотношении колебательных параметров этих узлов.

Для исследования чувствительности к синхронизации выразим уравнение (2) и (5) в операторной форме записи при равной нулю правой части

               (6)

               (7)

где S - оператор дифференцирования.

Дискриминанты уравнений (6) и (7) соответственно равны:

               

При и уравнение (6) и (7) имеют по крайней мере одно решение, что является достаточным условием синхронизации колебаний. Следовательно, при совершении колебательных движений этих объектов при наличии даже слабых возмущений они совершают колебания с одинаковыми частотами.

Явление синхронизации колебаний и МК  видно на основании осциллограмм, представленных на рис. 7, которые были получены в полевых условиях.

В пятой главе Экспериментальные исследования динамических процессов ходовой системы приводятся результаты спектрального анализа динамических процессов протекающих в ходовой системе. Основные задачи, которые решались при этом были следующие:

- получить и систематизировать экспериментальный материал по вертикальным ускорениям корпуса машин и крутящим моментам в приводе ходовой системы,

- уточнить модели, рассмотренные в разделе 3 диссертации,

- оценить степени идентичности принятых моделей с позиций линейной функциональной связи в ходовой системе, как многомерной динамической системе, подверженной внешними воздействиями случайного характера.

Для экспериментальных исследований был оборудован комбайн Дон-1500, исследования проводились на полях и дорогах Ростовской области на учебно-опытном полигоне ДГТУ.

При исследовании регистрировались следующие параметры: крутящие моменты на основных валах привода и на полуосях ходового колеса, скорости вращения валов, вертикальные ускорения корпуса комбайна (рис 5).

Рис.5 Схема установки преобразователей крутящих моментов, скорости на валах:

1 - двигателя (Мд, nд),

2 - коробки передач (Мкп, nкп),

3 - ходового колеса (Мк, nк) и акселерометра (А) на корпусе ведущего моста.

В соответствии с поставленными задачами программа эксперимента включала исследования следующих режимов работы:

1. Рабочий режим (подбор валков и прямое комбайнирование);

2. Транспортный режим (движение по грунтовой дороге и стерне);

3. Движение по сильно пересеченной местности, переезд единичных препятствий, преодоление подъемов.

В процессе эксперимента варьировались: скорость движения комбайна, почвенные фоны, степень загрузки бункера.

По показаниям тензодатчиков получали информацию о крутящих моментах на основных валах привода и на полуосях ходового колеса. Для измерения вертикальных ускорений корпуса моста ходовых колес использовался тензометрический акселерометр АТ-2. В качестве усилительных и регистрирующих устройств использовались тензометрические усилители 8АНЧ - 7М и магнитографы фирмы TESLA.

В результате проведения испытаний были получены осциллограммы. Пример полученных осциллограмм представлен на рис. 7

Рис. 7. Осциллограммы полученных выходных характеристик (Мд, Мк,) при движении комбайна по грунтовой дороге со скоростью 5,06 м/с (III передача), а также нормальные напряжения в корпусе бортового редуктора (ТР).

Анализ результатов экспериментального исследования.

       Расчет статистических характеристик исследуемых процессов  производился на персональном компьютере с использованием программы ЕXSTAT, после квантования процесса по известным алгоритмам. Полученные результаты были систематизированы и часть из них представлена в табл.1 и на рис. 8

       Таблица 1.

Статистические характеристики крутящего момента на полуоси ходового колеса.

Режим работы	Ско- рость м/с	Мср кНм	Мк Нм	VМк	0 c-1	э с-1	f	Nд кВт
транспортный	5,06	1,6	807	0,5	12,5	8,4	0,066	30,2
рабочий	1,51	3,63	910	0,25	6,6	7,35	0,134	22,8
рабочий	1,8	3,23	980	0,3	7,07	8,49	0,162	22,1
рабочий	1,93	3,32	855	0,26	7,07	9,6	0,157	29,4
рабочий	1,91	3,83	746	0,195	6,34	9,35	0,138	19,1
рабочий	2	4,35	723	0,17	6,61	9,5	0,158	29,4

где        - среднее значение (математическое ожидание); - среднеквадратическое отклонение от среднего значения; - коэффициент вариации случайного процесса; 0 - основная частота процесса;- энергетическая ширина частотного спектра колебаний; - коэффициент сопротивления качению на различных почвенных фонах; - мощность двигателя.

Рис. 8 Нормированные корреляционные функции а) и спектральные плотности б) крутящего момента на полуоси ведущего колеса на рабочих (13) и транспортном (4) режимах комбайна.        

По виду осциллограммы можно заключить, что колебания крутящих моментов и вертикальные колебания машины являются тесно связанными процессами. Коэффициент их корреляции  лежит в пределах 0,61 0,84.

Было проведено исследование погрешностей динамических расчетов ходовой системы.

Получены зависимости среднеквадратических значений ускорения корпуса машины при изменении скорости с различным спектральным составом неровности пути (Рис.9). Кроме того, получено рассеивание среднеквадратических ускорений корпуса ходовой системы, вызванное изменением давления в шинах ходовых колес и загрузкой бункера.

Рис. 9 Среднеквадратические значения ускорения корпуса комбайна ДОН -1500 при давлении в шинах ходовых колес р = 2,75 Па (1) и р = 2,25 Па (2) в долях g (ускорение свободного падения): а - статистический резонанс,  б - вне зоны резонанса.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили решить вопросы достоверности принятых моделей с позиции функционирования многомерной динамической системы, которой является ходовая система комбайна, подверженная внешним воздействиям в виде неровностей микрорельефа пути и неравномерности загрузки трансмиссии (Рис. 10).

Рис. 10. Динамическая модель.

Здесь: q1Еqn, w1Еwm, g1Еgr, - переменные, из которых можно составить матрицы операторов,

       n 1, m 1, g 1, A1, A2,  - матрицы операторов, приводящих в соответствие переменные.

Для решения вопроса о степени идентичности принимаемых моделей и реальных объектов была использована информация о входных и выходных процессах, полученная в условиях эксплуатации машины. О соответствии между объектом и моделью можно судить по близости операторов и истинными значениями А1. Близость операторов обеспечивает близость оценки выходных процессов их истинным значениям .

В виде количественной меры идентичности была использована безразмерная дисперсионная мера идентичности. Практические рекомендации по выбору допуска на дисперсионную меру идентичности предложены в настоящей работе 0,7≤ξ≤1. Решение задачи идентификации было произведено в частотной области с помощью функций частной когерентности.                

Функции частной когерентности позволяет составить матрицу , из которой определяется функция множественной когерентности:

               (8)        (9)

где         - определитель матрицы множественной когерентности, - минор этой матрицы.

Тогда дисперсионная мера идентичности определялась так:

               (9)        (10)

где - дисперсия выходного процесса.

По результатам синхронных записей входных (неровности поля) и выходных (ускорения корпуса) были вычислены дисперсионные меры идентичности. Для экспериментальных исследований в транспортном варианте движения машины по проселочной дороге со скоростьюV = 4,5 м/с, дисперсионная мера идентичности получена от воздействия ходовых колес (q1), причем вклад воздействия q1 составил , воздействия от управляемых колес q2 составил . В конкретных условиях эксперимента воздействия  q1  и q2  оказались некогерентными.

По результатам работы были предложены мероприятия по повышению работоспособности бортового редуктора зерноуборочного комбайна Дон-1500. Были проведены мероприятия по увеличению жесткости системы: изменены поля допуска для гарантированного натяга прессового соединения сателлита и водила, изменен технологический процесс подпрессовки прессового соединения, изменена конструкция сферической опоры сателлитов, изменены режимы термической обработки зубьев коробки перемены передач.

Было проведен частотный анализ колебаний ходовой системы.

Выявлено, что основной причиной синхронизации является совпадение частот собственных колебаний корпуса комбайна и привода ходовой системы. Условием отсутствия синхронизации колебаний может быть достаточное удаление частот собственных колебаний 0 и что наблюдалось при экспериментах на рабочих режимах работы комбайна, когда включалась I передача коробки перемены передач (здесь и0=157,8) и общий момент инерции привода ходовой системы увеличивается.

Рис. 11. Графики нормированных спектральных плотностей крутящего момента в приводе ходовой системы на рабочих (1) и транспортных (2) режимах работы комбайна, вертикальных ускорений корпуса молотилки на транспортных режимах (3) и предполагаемый график крутящего момента в приводе (4) когда не возникает синхронизации колебаний.

Технически возможным решением вопроса является увеличение момента инерции привода (например, установка маховика с большим моментом инерции) или включение в кинематическую схему упругой муфты, увеличивающей общую угловую жесткость привода (С).

Расчеты показали, что уменьшение крутильной жесткости привода на 20% приводит к уменьшению уровня амплитуд крутящего момента на 28%, что в свою очередь приводит к снижению уровня динамической нагруженности деталей привода.

В шестой главе лОптимизация колебательных параметров ходовой системы и методика расчета ходовых систем выбор колебательных параметров ходовой системы производился с учетом комплекса требований. При оптимизации колебательных параметров мобильных машин используется интегральный критерий, критерий эффективности, а так же вероятностный критерий.

Рассеивание колебательных параметров машин и характеристик внешних воздействий привело к необходимости рассмотрения критериев оптимальности в вероятностном аспекте. Применительно к ходовой системе комбайна представим критерий оптимальности в виде минимумов для вероятностей:

               (10)

Здесь - допустимые значения целевых функций; 

       - целевая функция агротехники, или дисперсия реакций на башмаках жатки; - целевая функция плавности хода, или дисперсия ускорений корпуса комбайна; - целевая

функция энергетики, или дисперсия крутящего момента в приводе ходовой системы.        

Задача оптимизации в вероятностном аспекте была представлена в виде выбора колебательных параметров корпуса ходовой системы при которых . Общий критерий оптимизации ходовой системы при принятых параметрах можно представить как:

       (11)

Здесь - математические ожидания,

        - коэффициенты вариации целевых функций, в предположении, что целевые функции независимые.

По статистическим характеристикам распределения целевой функции и ее допустимому значению определялся квантиль нормального распределения. На рис. 12 представлен график целевой функции для транспортного режима. Оптимизируемым параметром здесь является относительный коэффициент затухания вертикальных колебаний корпуса , обусловленный потерей энергии колебаний в шинах ходовых колес.

Рис. 12.  К определению локального оптимума.

1 - квантиль иР, 2 - вероятность .

На графике отмечено значение опт. Задаемся теперь из условия , согласно санитарных норм для операторов на ограничение вибраций на рабочем месте механизатора с.х. техники и перейдем к вероятностному критерию . Из графиков, помещенных на рис. 12 (б) помимо значения опт было установлено, что вероятность превышения заданного уровня вибраций . Поэтому локальная оптимизация только по является не эффективной т.к. в данном случае при = опт у 38% из всего парка машин, что по условию соответствует .

Методика выбора оптимальных колебательных параметров ходовой системы на различных режимах работы комбайна.

Настоящая методика определяет виды и порядок работ по оценке колебаний ходовой системы на различных режимах работы.

1. На испытательном стенде определяется момент инерции массы корпуса молотилки с загруженным и незагруженным бункером.

2. Определяется развесовка комбайна по опорам (колесам) при загруженном и незагруженном бункере.

3. Рассчитываются координаты центра масс основных узлов комбайна.

4. Измеряется радиальная жесткость шин ходовых и управляемых колес при паспортном давлении.

5. Измеряется (или рассчитывается) крутильная суммарная жесткость привода на ход при различных положениях КПП.

6. Определяется (или рассчитывается) суммарный момент инерции при различных положениях КПП.

7. На основании разработанных в ДГТУ динамических расчетов определяются частоты собственных вертикальных колебаний корпуса молотилки при имитации движения комбайна на транспортном и рабочем режиме.

8. По соотношению частот колебаний в ходовой системе на принятых имитационных режимах принимается решение о необходимости конструктивных изменений ходовой системы, направленных на снижение автоколебаний.

Результаты проведенных исследований были положены в основу при разработке рекомендаций по повышению работоспособности моста ходовых колес комбайна Дон-1500.

В седьмой главе лЭкономическая эффективность проведенных в работе исследований. В результате оптимизации колебательных параметров ходовой системы, модернизация конструкции и улучшение качества бортового редуктора при внедрении в производство был получен экономический эффект 72960 руб.

Общие выводы по работе.

1. Проведен анализ скоростных, силовых и энергетический характеристик современных отечественных и зарубежных комбайнов на примере комбайнов семейства Дон. Установлено, что эти машины оснащены двигателями внутреннего сгорания дизельного типа, потенциальная мощность которых не превышает 200 кВт. Мощность, потребляемая ходовой системой комбайнов на различных режимах работы не превышает 80 кВт. Поэтому при реально существующей неравномерности загрузки, д.в.с. машины эксплуатируется на регуляторной ветви потенциальной тяговой характеристики даже с учетом затрат энергии на технологический процесс. Это обстоятельство было использовано в работе при построении модели гидромеханической трансмиссии.

2. Уточнены динамические модели корпуса (в рабочем и транспортном положении) и гидромеханической трансмиссии ходовой системы позволившие произвести амплитудный и частотный анализ, и оценить плавность хода и влияние крутильных колебания в приводе.

3. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования, показали, что спектры вертикальных колебаний корпуса ходовой системы комбайна и крутильных колебаний привода ходовой системы находятся в одном частотном диапазоне ( = 615с-1). Это обстоятельство приводит к возникновению синхронизации колебаний привода ходовой системы и корпуса на транспортных режимах работы машины. При наличии даже слабых взаимодействий начинаются колебания с одинаковыми частотами при определенных фазовых соотношений между ними.

4. Определена степень идентичности принятых моделей и реальных объектов. Дисперсионная мера идентичности получена и удовлетворяет известным ограничениям на адекватность описания.

5. Накопленный в работе статистический материал и систематизация характеристик эксплуатационных отказов ходовой системы комбайнов семейства Дон позволили получить функцию распределения ресурсов моста ходовых колес этой машины. Было установлено, что средний и - процентный ресурсы узла являются недостаточным для обеспечения безотказной работы комбайна за 10 - летний срок эксплуатации.

Положенные в основу настоящей работы мероприятия по повышению работоспособности деталей трансмиссии позволили за счет улучшения конструкции и технологии изготовления бортового редуктора довести  ресурс этого узла до 2000 часов, с вероятностью безотказной работы р = 0,95.

6. Разработан принцип нахождения колебательных параметров ходовой системы комбайна, как многомерной динамической системы со случайными воздействиями и колебательными параметрами.

7. Разработана методика выбора колебательных параметров ходовой системы, исключающая возникновение связанных колебаний в системе  корпус-привод на ход.

8. Условно-годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований при постановке на производство модернизированной конструкции бортового редуктора и применении методики оптимизации колебательных параметров ходовой системы комбайна Дон-1500 составил порядка 72960 рублей.

Статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Партко С.А. Оптимизация колебательных параметров ходовой системы мобильной машины / С.А. Партко //Вестник Донского гос. тех. ун-та. - 2008 - Т.8, №2 (37) С. 141 - 144.

2. Партко С.А. Исследование отказов и надежности машин агропромышленного комплекса /А.А. Андросов, Л.М. Грошев, М.Р. Галаджева, С.А. Партко // Вестник Донского гос. тех. ун-та - 2010 - Т.10, №1 (44) С. 102 - 105.

Статьи в прочих научных изданиях:

1. Партко С.А. Оценка достоверности принимаемых моделей при исследовании динамики корпусов мобильных сельскохозяйственных машин / Л.М.Грошев, М.Р. Галаджева, С.А. Партко //Труды VIII Международной научно-технической конференции/ ДГТУ. - Ростов н/Д, 2007. - ТIII. - с. 89-93.

2. Партко С.А. О рассеивании нагруженности мобильного агрегата, вызванной вариацией массово-геометрических и упруго-диссипативных характеристик / Л.М. Грошев, М.Р. Галаджева, С.А.  Партко //Современные технологии в машиностроении: сб. ст. XI Междунар. науч.-практ.  конф. - Пенза, 2007. - С. 202 - 205.

3. Партко С.А. О чувствительности к синхронизации и захватыванию колебаний привода ходовой системы и корпуса мобильных машин агропромышленного комплекса/ С.А. Партко // Современные технологии в машиностроении: сб. ст. XV Междунар. науч.-практ.  конф. - Пенза, 2011. - С. 105 - 107.

Зарегистрированные программы:

1. Расчет случайных колебаний корпуса зерноуборочного комбайна класса Дон Л.М.Грошев, С.А. Партко, Луконин А.Ю. № 2012611617 от.7.03.12 г.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям