Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Игнатенко Иван Васильевич. Методы снижения энергозатрат почвообрабатывающих машин с упругозакрепленными рабочими органами : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 : Ростов н/Д, 2003 383 c. РГБ ОД, 71:04-5/146-3

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 9

1.1. Проблемы энергосбережения в почвообработке 9

1.2. Энергетические факторы процесса взаимодействия рабочего органа с почвой в земледельческой механике 12

1.3. Упругие смещения рабочих органов 30

1.4. Динамические модели взаимодействия рабочего органа с почвой 36

1.5. Динамические явления процесса взаимодействия рабочего органа с почвой 42

1.5.1. Цикличность изменения силы сопротивления 42

1.5.2. Устойчивость движения рабочего органа. 45

1.5.3. Автоколебания упруго закрепленного рабочего органа 49

1.6. Задачи исследования 54

2. КИНЕМАТИКА УПРУГИХ СМЕЩЕНИЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО

РАБОЧЕГО ОРГАНА 51

2.1. Характеристики упругих свойств крепления рабочего органа 57

2.2. Система показателей упругости крепления 61

2.3. Кинематические режимы работы упругой подвески 63

2.4. Исследованные образцы упругого крепления рабочих органов почвообрабатывающих машин 65

2.5. Методика исследований 73

2.6. Анализ результатов исследования упругой кинематики 77

2.7. Выводы 80

3. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА С ПОЧВОЙ 82

3.1 .Обоснование физической модели задачи 82

3.2. Нелинейная математическая модель взаимодействия рабочего органа с почвой 86

3.3. Статистическая линеаризация модели 96

3.4. Прецессия собственных частот нагруженной системы 100

3.5. Устойчивость движения рабочего органа 104

3.6. Автоколебания рабочего органа, 108

3.7. Знергоэффект упругих смещений рабочего органа 114

3.8. Выводы 118

4. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН 122

4.1. Наблюдаемость динамических сигналов модели 122

4.2. Обоснование структуры информационного потока 127

4.3. Измерительный комплекс для исследования динамики взаимодействия рабочего органа с почвой 129

4.4. Методика экспериментальных исследований упругих смещений 134

4.5. Обработка осциллограмм 143

5 .ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ НА ТЯГОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 145

5.1. Программа комплекса экспериментальных исследований 145

5.2. Оценка стационарности и эргодичности упругих смещений 146

5.3. Статистические характеристики колебании упругих рабочих органов 150

5.4. Полевые исследования влияния упругой кинематики рабочего органа на колебания и энергооэффект 165

5.5. Регрессиошше зависимости энергоэффекта от упругой кинематики 173

5.6. Лабораторные исследования разгонных характеристик упруго закреплённых рабочих органов 179

5.7. Выводы 185

6. МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА С ПОЧВОЙ 188

6.1. Постановка задачи 18 8

6.2. Обоснование методов идентификации 193

6.3. Дискретные модели колебаний рабочего органа 197

6.4. Идентификация параметров разностной модели 203

6.5. Методы оценки адекватности динамической модели 210

6.6. Экспериментальная оценка точности идентификации 216

6.7. Выводы 220

7. ОПТИМИЗАЦИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ КРЕПЛЕНИЯ 222

7.1. Параметры и критерии оптимизации упругого крепления 222

7.2. Статическая оптимизация упругости крепления 224

7.3. Динамическая оптимизация упругости крепления по минимуму энергозатрат 227

7.3.1. Постановка задачи и проблемы динамической оптимизации 227

7.3.2. Способ решения задачи динамической оптимизации 230

7.4. Динамическая оптимизация подвесок культиваторных лап 232

7.5. Экспериментальная оценка точности оптимизации упругости разработанных подвесок 234

8. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И КОНСТРУИРОВАНИЮ УПРУГОГО КРЕПЛЕНИЯ 239

8.1. Программный комплекс расчетов упругих креплений 239

8.2. Методика конструирования упругих креплений 242

8.3. Методика полной идентификации упругого крепления 247

8.3.1. Определение показателей упругости на стенде 247

8.3.2. Идентификация ненагруженной системы 252

8.3.3. Идентификация нагруженной системы 255

8.4. Методика оптимизации жесткости крепления 259

8.4.1. Статическая оптимизация упругой кинематики 259

8.4.2. Определение показателей упругости по конфигурации стойки 264

8.5.Методика динамической оптимизации жесткости упругого крепления 266

8.5. Синтез конфигурации стержневой упругой стойки заданной жесткости 271

8.7, Внедрение результатов исследования 272

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 280

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 283

ЛИТЕРАТУРА 288

ПРИЛОЖЕНИЯ 306 

Введение к работе:

Проблема энергообеспечения современной планетарной цивилизации приобретает глобальный характер. Энергопотребление превысило 9 млрд. условного топлива в год при разведанных запасах популярных видов природного топлива: газа и нефти 260 млрд. т., угля 1300 млрд. т. [1]. Непрекращающийся рост энергопотребления и истощение запасов ископаемого топлива остро ставит вопрос о необходимости снижения энергозатрат во всех отраслях хозяйства. В разных странах принимаются долговременные программы по энергосбережению, энергетические проблемы находят отражение в законодательстве. В России принят федеральный закон "Об энергосбережении" [2], в котором энергосбережение представляется целым комплексом правовых, организационных, производственных, технических и экономических мер, проводимых государством. Показатели энергоэффективности признаются важнейшими и включены в стандарты показателей машин и оборудования как обязательные.

Современное растениеводство, являясь главным источником продовольствия для человечества, в то же время имеет высокую энергоемкость, имеющую тенденцию к быстрому росту. В растениеводстве расходуется до 80 % всех энергозатрат в сельском хозяйстве, а основные энергозатраты (до 40 %) падают на почвообработку, энергосбережение в которой приобретает особенно актуальный характер.

В снижении энергоемкости почвообработки центральное место занимает задача снижения тягового сопротивления рабочих органов; ей постоянно уделялось большое внимание, начиная с основоположника земледельческой механики В. П. Горячкина. К настоящему времени исследованы разнообразные пути снижения тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин; оптимизация геометрии рабочего органа, применение вибраций и колебаний, антифрикционных покрытий, пружинных стоек, оптимизация параметров всего агрегата и другие, применяемые на практике.

Однако в земледельческой механике остается недостаточно изученной такая область, как динамика взаимодействия отдельного рабочего органа с почвой. В этом вопросе проведенные исследования затрагивают лишь отдельные стороны процесса, в построенных моделях делаются излишние допущения, обедняющие результат и не допускающие изучения динамики процесса. Так, как правило, движение рабочего органа рассматривается как поступательное без учета упругих смещений, не отражается многомерность задачи, не оценивается пространственная устойчивость, не раскрывается структура и роль колебательных процессов в совокупности со статистическим характером задачи и другие стороны динамики процесса. В итоге остается неизученным влияние динамических явлений на тяговое сопротивление и связанные с этим возможности улучшения энергетики почвообработки.

Слабая изученность динамики взаимодействия рабочего органа с почвой, отсутствие достаточно общей динамической ей модели становится проблемой в земледельческой механике и тормозом в её развитии, оборачиваясь на практике проблемой использования динамических процессов как резерва энергосбережения в почвобработке. До последнего времени существовали объективные причины такого положения, связанные со сложностью теоретического описания процесса. Однако достижения аналитической механики и теории управления позволяют браться и за эту задачу.

Целью работы является снижение энергозатрат почвобработки за счёт использования динамических эффектов процесса взаимодействия рабочего органа с почвой, а также построение общей методологии решения практических задач по снижению тягового сопротивления рабочего органа за счет оптимизации его упругих смещений. Основные положения, выносимые на защиту, сводятся к следующему:

1. При построении модели взаимодействия рабочего органа с почвой в земледельческой механике обязателен учет упругости его крепления. Упругость является неустранимым свойством всякого крепления рабочего органа почвообрабатывающей машины, а упругие смещения рабочего органа под нагрузкой являются неотъемлемым спутником технологического процесса почвообработки, придавая его процессам динамический характер.

2. Упругим смещениям свойственны межкоординатные связи, сочетание линейных и угловых смещений; которые нарушают поступательный характер движения рабочего органа в почве; искажают установленную геометрию и режимы резания, изменяя силу сопротивления по величине и направлению.

3. Наиболее полно учитывает влияние упругих смещений, а также главные особенности задачи: (пространственность, нелинейность, автоколебательность, стохастичность) разработанная динамическая модель взаимодействия упругого рабочего органа с почвой в виде матрично-векторных уравнений в пространстве состояний. Зависимость силы сопротивления от упругих смещений рабочего органа играет в динамической модели роль обратной связи, что составляет главную особенность динамической модели процесса Модель позволяет земледельческой механике эффективно использовать достижения теории управления в области анализа и синтеза систем.

4. Динамика упруго закрепленного рабочего органа характеризуется наличием ряда динамических эффектов, необъяснимых без учета обратной связи в модели: прецессия собственных частот; наличие неустойчивых режимов и критических скоростей, выше которых устойчивость теряется; появление автоколебаний; взаимодействие автоколебаний с вынужденными колебаниями; появление приращения силы сопротивления как специфической реакции на упругость.

5. Существование энергоэффектов упругого рабочего органа, взаимодействующих между собой:; энергоэффект искажения геометрии резания - зависимость силы сопротивления от искажения геометрии при упругих смещениях рабочего органа; виброэффект - от интенсивности колебательных процессов; взаимодействие нескольких противоположных энергоэффектов подлежит оптимизации для получения максимального суммарного энергоэффекта

6. Упругие, смещения несут в себе полную информацию о процессе взаимодействия рабочего органа с почвой; анализ их позволяет проводить оперативную идентификацию параметров модели современными методами теории управления.

7. Динамика рабочего органа является существенным энергетическим фактором, а ее оптимизация - перспективным способом снижения тягового сопротивления. Практически задача оптимизации динамики упруго закрепленного рабочего органа требует оптимизации элементов матриц линейных и угловых жёсткостеи при ограничениях искажения геометрии и режимов резания.

8. Разработанный научно-технический комплекс по экспериментальному исследованию динамики и оптимизации упругих креплений рабочих органов в почвообработке, обеспечивает все их проектирования, испытаний и оценки получаемого энергоэффекта соответствующими методиками, алгоритмами и программами.

Работа выполнялась на кафедре "Сельхозмашины" Ростов ского-на-Дону института сельхозмашиностроения (ныне ДГТУ); экспериментальные исследования проводились в различных зонах страны в содружестве с НПО ВИСХОМ, САИМЭ, ГСКБ по культиваторам и сцепкам г. Ростова-на-Дону. 

Подобные работы
Багирли Давид Вейсал оглы
Разработка рабочих органов машины для подготовки ям под виноградниковые шпалерные столбы на тяжелых почвах
Кирюшин Илья Николаевич
Совершенствование подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля
Гайфуллин Гаяз Закирович
Механико-технологические основы разработки и совершенствования рабочих органов машин для почвозащитного земледелия
Рахимов Ильдар Раисович
Совершенствование рабочих органов машин для основной обработки почвы на основе моделирования процесса взаимодействия клина с почвой
Попов Георгий Владимирович
Совершенствование технологического процесса и оптимизация параметров рабочих органов машины для посадки табака в поле
Гулямов Хамидулла Хабибуллаевич
Разработка технологических параметров рабочих органов машины для формовки кустов хлопчатника
Мударисов Салават Гумерович
Повышение качества обработки почвы путем совершенствования рабочих органов машин на основе моделирования технологического процесса
Мотиашвили Василий Матвеевич
Обоснование технологии и параметров рабочих органов машины для внесения торфокомпоста в междурядья чайных плантаций
Артамонов Валерий Николаевич
Обоснование пневмомеханического способа и разработка параметров основных рабочих органов машины для сбора семян кормовых растений аридной зоны
Давлетшин Мударис Мубарякшанович
Совершенствование технологии, рабочих органов машин для возделывания и уборки сахарной свеклы

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net