Показатели качества функционирования подъемно-навесных устройств мобильных энергетических средств

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 629. 114. 2−182
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОДЪЕМНО-НАВЕСНЫХ УСТРОЙСТВ МОБИЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
В. Б. ПОПОВ
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого» Республика Беларусь
Введение
Рост производительности труда в растениеводстве тесно связан с совершенствованием технологических процессов и научно обоснованным выбором рациональных параметров машинно-тракторных агрегатов (МТА). В процессе эксплуатации критериальную оценку режимов работы МТА рекомендуется проводить по показателям: его максимальной производительности- минимуму расхода топлива- минимальным потерям урожая и др. [1]. Необходимо отметить, что вне зависимости от выбора варианта оценки должно соблюдаться требуемое качество работы МТА.
Мобильные энергетические средства (МЭС) — энергонасыщенные тракторы и фронтальные погрузчики, универсальные энергетические средства и шасси при агрегатировании с рабочими орудиями (РО) и навесными машинами используются в разных функциональных режимах, три из которых основные — рабочий, транспортный и режим перевода навесной машины из рабочего положения в транспортное [2]. Характер агрегатирования МЭС с РО определяется выходными параметрами подъемно-навесных устройств (ПНУ), связывающих энергосредства с рабочими орудиями. При этом можно выделить взаимодействующую тетраду: МЭС-ПНУ-РО-внешняя среда. Результаты проектирования, испытаний и эксплуатации ПНУ показывают, что часть его выходных параметров, определяемых как показатели качества, оказывает преимущественное влияние на характеристики производительности и экономичности трех вышеперечисленных режимов работы.
Целью исследования является обоснованный выбор показателей качества ПНУ на основных режимах работы МТА.
Основная часть
Подъемно-навесное устройство состоит из гидропривода и механизма навески, с помощью которого рабочее орудие или навесная машина агрегатируется с МЭС. В проекции на продольную плоскость симметрии МЭС механизм навески (МН) представляется одноподвижным восьмизвенным шарнирно-рычажным механизмом (рис. 1). Методическая база для структурного, геометрического, кинематического и силового анализа плоского аналога МН представлена в известных источниках [3], [6].
В условиях автоматизированного проектирования МЭС выходные параметры ПНУ должны многократно рассчитываться на ранних стадиях проектирования. Для этого были разработаны функциональные математические модели процедур геометрического, кинематического, силового и динамического анализа ПНУ [4].
Перераспределение нагрузки на оси МЭС во время работы (в составе МТА) и транспортного переезда, управляемость МЭС, передаточные числа МН и грузоподъемность ПНУ, максимальная высота и вылет навесной машины, а также время ее подъ-
ема, потери давления в гидромагистрали и коэффициент полезного действия МН влияют на режимы работы МТА. Это показатели качества (критерии оптимальности) ПНУ, определяемые внутренними параметрами ПНУ, МЭС и навесного оборудования.
а) б)
Рис. 1. Подъемно-навесное устройство (а) и плоский аналог его механизма навески (б): 1 — тяга верхняя- 2 — тяга механизма фиксации- 3 — рычаг поворотный- 4 — гидроцилиндры-
5 — тяги нижние- 6 — захват- 7 — ручка фиксатора- 8 — раскос
Координаты центра тяжести навесной машины (РО) определяются в рабочем и транспортном положении МН (рис. 1, б) через параметры вектора Ь56, связанного с координатами оси подвеса — П56 и повернутого в правой декартовой системе координат относительно Ь6 на угол ф56:
Х56 = Х56 +6 • С°^Ф6 + Ф56) —6 =56 +6 • Мф6 + Ф56). (1)
Передаточное число МН представляет собой аналог вертикальной скорости центра тяжести навесной машины [5], зависящий от внутренних параметров МН и координат центра тяжести навесной машины относительно оси подвеса:
1 (5) = 53 [?56 • Ф5 + и6546 • С°^Ф6 +Ф56)], (2)
где фЗ — аналог угловой скорости поворотного рычага- и53, и65 — передаточные отношения, показывающие соотношения угловых скоростей звеньев- ф5(5), Ф6(5) -углы, образуемые аналогами звеньев в правой декартовой системе координат.
Первая часть суммы в выражении (2) представляет собой передаточное число МН на оси подвеса, позволяющее сравнивать между собой потенциальные возможности МН различных ПНУ.
Зная I (5), можно, не выполняя силовой анализ кинематической цепи, включающей МН и РО, оценить нагрузку, передаваемую от навесной машины (Р6) через звенья МН на шток гидроцилиндра:
^ (5) = Р61 (5). (3)
Силовой анализ МН выполняется по группам Ассура по известной методике [3], в результате определяются силы, действующие в шарнирах МН. Приведенная к штоку гидроцилиндра сила трения равна отношению от деления суммы мгновенных мощностей трения, затрачиваемых в шарнирах МН, на скорость поршня гидроцилиндра (ГЦ) —? плюс трение манжеты поршня о гильзу ГЦ ^):
^ (?)=FтP. ц+т/р ^ (?) • Ф- (?)+^ я, (?) [ф- (?) ± ф-+1 (?)]| (4)
где т — радиус шарниров тяг- /тр — коэффициент трения- Я0- (?), Яр (?) — силы, действующие, соответственно, в неподвижных и подвижных шарнирах МН- ф'-, ф'-+1 —
аналоги угловых скоростей звеньев МН.
Для упрощения выражения (4) радиусы шарниров звеньев МН и коэффициенты трения полагаем одинаковыми для всех пар. В результате коэффициент полезного действия МН определяется по выражению
F^ (?)
л (?) = ,. (5)
Fs (?)+Fтрр (?)
Из выражений (4) и (5) следует, что КПД МН величина переменная. Аналитическое выражение для грузоподъемности ПНУ [3] имеет вид:
РТ Fc-Кпрр (? •) +р (? •)]
с =. гц с ,-^^ (6)
? I (? 0)
где? ° - значение обобщенной координаты, соответствующее максимальному зна-
«шах /т^ттч
чению передаточного числа- ргц — максимальное давление в гидроцилиндре (1 Ц) — Fc — суммарная площадь поршней со стороны нагнетающей магистрали- FиIIlр (?°) —
приведенная сила инерции.
Максимальное давление в ГЦ определяется по разнице между настройкой (константой) предохранительного клапана (рпк), с одной стороны, и минимумом потерь давления в гидромагистрали (величиной переменной), с другой [4]. Поэтому чем меньше потери давления (Лр) в гидроприводе, тем больше возможное давление в напорной полости ГЦ:
Ргц = Рпк — М + а2? + аз?2), (7)
где а1, а2, а3 — коэффициенты пропорциональности, соответствующие инерционным, скоростным и местным потерям давления-? и? — ускорение и скорость движения поршня ГЦ.
Приведенная сила инерции определяется по результатам динамического анализа ПНУ [4] и имеет вид:
F^(?) = т (?)? + 2т'-(?)?2, (8)
где т (?) и т'-(?) — приведенная масса РО и ее производная по обобщенной координате.
Грузоподъемность ПНУ (6) характеризует вес РО, находящегося на соответствующем расстоянии от оси подвеса, который можно перевести из рабочего в транспортное положение. Как следует из выражения (6), грузоподъемность ПНУ — это интегральный показатель, зависящий одновременно от параметров гидропривода, механизма навески и массово-геометрических характеристик РО. Следует также отметить, что передаточное число МН МЭС (2) изменяется по мере подъема РО, а его максимальное значение ограничивает грузоподъемность ПНУ, т. е. вес РО, который можно перевести при помощи ПНУ в транспортное положение.
Время перевода РО из рабочего положения в транспортное определяется как отношение рабочего объема гидроцилиндров к подаче насоса гидропривода ПНУ с учетом его объемного КПД, но без учета времени нарастания давления в гидроцилиндре при переключении распределителя гидропривода ПНУ из-за его быстротечности:
t =
под

^Лоб
(9)
где V — суммарный рабочий объем гидроцилиндров ПНУ- q — производительность гидронасоса- п — частота вращения вала гидронасоса- лоб — объемный КПД гидронасоса.
В транспортном положении навесной машины опрокидывающий момент относительно точки A (рис. 2), создаваемый ее весом, приобретает максимальное значение. Из практики эксплуатации МТА было принято [7], что для устойчивого управления движением агрегата часть его веса, приходящаяся на мост управляемых колес (RA), должна составлять от 16 до 20% (0,16 & lt- к & lt- 0,2) от общего веса МТА.
_ L _
Рис. 2. Схема сил, действующих на опорную поверхность со стороны МТА с навесной машиной в транспортном положении
Для расчета параметра управляемости МЭС в режиме транспортного переезда составляется уравнение равновесия моментов сил, действующих на МТА относительно точки опоры ведущих колес:
2M = PJa + L) + PM3Cb-P6Xs6 -RaL = 0,
где P — вес противовеса, PMac — вес МЭС- P6 — вес навесной машины- L — база МЭС-
a и b — расстояние от вертикальной проекции центра тяжести УЭС до вертикальных проекций центра тяжести противовеса и оси моста ведущих колес, соответственно.
Разрешив уравнение моментов сил относительно реакции на управляемом колесе RA, получим:
Р 1Уа + '-¦) + РмэсЬ — ^6
Р=-г-•
Вместе с вышеуказанным ограничением получим систему, состоящую из уравнения и неравенства:
п рмэс Ь — р6×8 6 + Рр (г + а)
А г '- (10)
ЯА & gt- к (Рмэс + Рб + Ргр) —
В результате решения системы (10) получим условие соблюдения управляемости МТА, которое состоит в ограничении веса агрегатируемой с МЭС навесной машины или рабочего орудия:
Рмэс (Ь-кг)+РГР [а+г (1-к)]
6 + кг
Рб & lt--. (11)
^ 6
В режиме транспортного переезда МТА из-за кинематического возбуждения со стороны микрорельефа [8], [9] центры тяжести МЭС и навесной машины совершают сложные колебания в продольной плоскости (рис. 2), получая ускорения, вызванные контактированием колес МЭС с соответствующим агрофоном:
р-= Р6 ±т6?86. (12)
При этом исходная нагрузка Р6*, передающаяся на тяги МН, также приобретает вероятностный колебательный характер, что приводит к переменному характеру силового воздействия на раму МЭС и перераспределению нормальных реакций между передним и задним мостами МЭС.
В рабочем режиме, например при агрегатировании МЭС с плугом, во всем диапазоне глубины обработки почвы должны обеспечиваться благоприятные условия для самозаглубляемости и стабильности глубины хода рабочих органов (плуга), что обеспечивается соответствующим расположением [10] горизонтальной координаты (ХР) мгновенного центра вращения навесной машины (рис. 3) в рабочем положении:
Хр =(^56Х05-^& gt-Х>-6)Х^-^^ХоЗ-Х>-6)06Х)7-^От^т) (13)
Р 0(07 Х67) Х05 Х56) Х07 Х67)^05 °56/
Для анализа динамики МТА, кроме тягового сопротивления РО, необходимо также иметь данные о величине догрузки МЭС вертикальными силами, действующими на РО, и о влиянии силового воздействия навесных машин на распределение нормальных реакций между передними (РА) и задними колесами (Рв) МЭС [8]. Поэтому силовой анализ по группам Ассура необходимо провести повторно, дополнительно, учитывая не только вес РО, но и его тяговое сопротивление, а также реакцию со стороны опорного колеса плуга.
Рис. 3. Схема движения внешнего четырехзвенника МН и МЦВ выходного звена L6
Анализ распределения нагрузок по осям МЭС показывает, что зависимость тяго-во-сцепных качеств УЭС 290/450 со всеми ведущими колесами (4К4) от распределения нагрузок между их осями может быть представлена в функции коэффициента X, изменяющегося в пределах 0,25 & lt- X & lt- 0,66:
X — Ra
X- R,
Оптимальная величина X у МЭС будет, если его тяговый КПД стремится к своему максимальному значению (лт ^ max) [11], причем он определяется по известному выражению
лТ ^трЛ^Л^ (14)
где лтр — КПД трансмиссии- лк — КПД колеса- Лз — КПД, учитывающий потери мощности на буксование- лспр — КПД, учитывающий потери мощности на образование колеи.
Произведение первых двух компонент выражения (14) определяет совершенство конструкции МЭС, а ЛбЛспр — его тягово-сцепные свойства. Уточняя содержательную часть двух последних компонент выражения (14), получим:
Лт -лтрлк (1 & quot-s)
Г F Л
1 спр
V1
где 5 — буксование в долях единицы- Fспр — сила сопротивления перекатыванию при смятии грунта движителем и образовании колеи- ^ - касательная сила тяги [10].
Заключение
Автоматизированное проектирование МЭС опирается на компьютерное моделирование его узлов и агрегатов. Формирование функциональных математических моделей режимов работы подъемно-навесных устройств МЭС является необходимым условием для многовариантного анализа их выходных параметров в различных условиях эксплуатации. Одно из условий решения задачи параметрического синтеза ПНУ, удовлетворяющего требованиям заказчика, состоит в назначении показателей качества ПНУ и получении для них аналитических выражений для использования на ранних стадиях
проектирования МЭС. Обоснованный выбор критериев качества — ступень в формировании постановки задачи параметрической оптимизации ПНУ [12], решение которой
послужит технико-экономической рационализации режимов работы МТА.
Литература
1. Амельченко, П. А. Агрегатирование тракторов „Беларусь“: учеб. пособие / П. А. Амельченко, Б. Я. Шнейсер, Н. Г. Шатуня. — Минск: Ураджай, 1993. -С. 302.
2. Попов, В. Б. Анализ режимов работы подъемно-навесного устройства универсального энергетического средства УЭС-290/450 „Полесье“ // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси» — редкол.: А. А. Дюжев [и др.]. — Минск, 2012. — Вып. 1. — С. 99−102.
3. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. — М.: Машиностроение, 1988. — С. 640.
4. Попов, В. Б. Функциональная математическая модель анализа подъемно-навесных устройств мобильных энергетических средств / В. Б. Попов // Механика-2011: сб. науч. тр. V Белорус. конгр. по теорет. и приклад. механике / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси — редкол.: М. С. Высоцкий [и др.]. — Минск, 2011. -Т. 1. — С. 169−176 (Справ. по с. -х. машинам).
5. Попов, В. Б. Аналитические выражения кинематических передаточных функций механизмов навески энергоносителей / В. Б. Попов // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. — 2000. — № 2. — С. 25−29.
6. Озол, О. Г. Теория механизмов и машин: пер. с латыш. / О. Г. Озол / под ред. С. Н. Кожевникова. — М.: Наука, Гл. ред. физ. -мат. лит., 1984. — С. 432.
7. ГОСТ 10 677–2001. Устройство навесное заднее сельскохозяйственных тракторов классов 0,6−8. Типы, основные параметры и размеры (межгосударственный стандарт). — Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2002. — С. 8.
8. Скотников, В. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля / В. А. Скотников, А. А. Мащенский, А. С. Солонский. — М.: Агропромиздат, 1986. — С. 383.
9. Попов, В. Б. Математическое моделирование мобильного сельскохозяйственного агрегата в режиме транспортного переезда / В. Б. Попов // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. — 2005. — № 3. — С. 13−18.
10. Попов, В. Б. Влияние параметров механизма навески и плуга на тягово-энергетические показатели пахотного агрегата / В. Б. Попов // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. — 2013. — № 4. — С. 58−64.
11. Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Теория: учеб. пособие / В. П. Бойков [и др.] - под общ. ред. В. П. Бойкова. — Минск: Новое знание — М.: ИНФРА-М. -М., 2012. — 543 с.: ил. — (Высш. образование).
12. Попов, В. Б. Параметрическая оптимизация подъемно-навесного устройства универсального энергетического средства УЭС 290/450 «Полесье», агрегатируемого с навесным кормоуборочным комбайном КНК-500 / В. Б. Попов // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. — 2013. — № 1. — С. 35−43.
Получено 23. 04. 2015

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой