|
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ
ПАНІНА ВАЛЕРІЯ ВАЛЕРІЇВНА
УДК 631.3-181.4.001.4
ОБГРУНТУВАННЯ ТРАНСМІСІЇ МАЛОГАБАРИТНОГО МАШИННОГО АГРЕГАТУ ДЛЯ ФЕРМЕРСЬКИХ ГОСПОДАРСТВ
Спеціальність 05.22.02 – автомобілі та трактори
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2005
Дисертація є рукописом
Робота виконана на кафедрі трактори і автомобілі Таврійської державної агротехнічної академії Міністерства аграрної політики України
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент
Карташов Сергій Григорович, Таврійська державна агротехнічна академія, доцент кафедри сільськогосподарські машини
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки
і техніки України
Лебедєв Анатолій Тихонович, Харківський державний
технічний університет сільського господарства, завідувач
кафедри тракторів і автомобілів;
кандидат технічних наук, доцент
Волонцевич Дмитро Олегович, Національний технічний
університет "Харківський політехнічний інститут", доцент
кафедри колісні та гусеничні машини
Провідна установа: Східноукраїнський національний університет ім. В.Даля,
кафедра "Автомобілі", Міністерство освіти і науки України,
м. Луганськ
Захист відбудеться “_8_” ___червня___ 2005 р. о __14__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25
Автореферат розісланий "_30_"___квітня__2005р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Наглюк І.С.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. На Україні наприкінці 2002 року зареєстровано 43,0 тисячі фермерських господарств. У порівнянні з 2001 роком їхня кількість збільшилася на 2,1 тисячу (на 1.10.2001 – 40,812 тисяч фермерських господарств).
Відповідно до інформації Держкомстату України, 2 млн. 823 тисячі га сільськогосподарських угідь знаходиться у фермерському користуванні, з них 2 млн. 638 тисяч га – орних земель. У середньому на одне господарство приходиться 66 га, з них 61 га орних земель.
Низька ефективність вітчизняних фермерських господарств обумовлена зростанням цін на техніку, недостатньою матеріальною підтримкою, ризиком самостійного господарювання в умовах росту цін на ПММ. Українські сільськогосподарські виробники одержують тільки 25% від світової ціни за зроблений продукт, тоді як фермери інших розвинутих країн – 85% .
У зв'язку з виникненням фермерських господарств, які володіють п'ятьма, десятьма, тридцятьма і більш гектарами землі з'явилася необхідність у виробництві малогабаритних машинних агрегатів (ММА) з начіпним і причіпним обладнанням, тому, що використання потужних машинних агрегатів, які виробляються серійно, веде до різкого збільшення витрат.
Підвищення продуктивності ММА можливо за рахунок більш повного завантаження силового агрегату. При виконанні сільськогосподарських операцій машинними агрегатами з ступінчастою механічною трансмісією неможливе використання повної потужності двигуна (недовантаження 60-80%), що веде до погіршення паливної економічності (на 5-25%). Поліпшення тяглово-динамічних і експлуатаційних показників ММА можливо за рахунок застосування в їхніх трансмісіях безступінчастих передач.
Зв'язок з науковими програмами, планами, темами.
Дослідження проводилося відповідно до держбюджетної теми з Національним центром інституту механізації сільського господарства “Розробка наукових основ систем, технологій і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки південного регіону України 2001...2005 рр. НДР 0102U000681”. Підпрограма 1.7 Розробка засобів малої механізації для присадибних ділянок, Розділ 1.7.3. Розробка мотоблока для обробки присадибних ділянок, Розділ 1.7.4. Теоретичні, експериментальні дослідження малогабаритного машинного засобу з автоматичною трансмісією.
Мета і задачі досліджень: поліпшення експлуатаційних характеристик ММА за рахунок створення адаптивної системи “двигун – трансмісія – робочі органи”, що дозволяє більш ефективно використовувати можливості двигуна і робочих органів.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:
- сформулювати вимоги до трансмісії, на підставі чого вибрати найбільш перспективну;
- вивчити процес руху машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією (АБТ) і теоретично обґрунтувати методику розрахунків параметрів системи “двигун – АБТ – робочі органи”;
- розробити конструкцію експериментального ММА з автоматичною безступінчастою трансмісією;
- отримати математичну модель тяглової здатності і годинних витрат палива ММА з АБТ;
- експериментально перевірити ефективність роботи системи “двигун – АБТ – робочі органи” з визначенням економічної доцільності застосування такої системи.
Об'єкт дослідження: процеси руху і тяглова здатність малогабаритного машинного агрегату при різних умовах функціонування у фермерських господарствах.
Предмет дослідження: адаптивна система "двигун – автоматична безступінчаста трансмісія" малогабаритного машинного агрегату, яка реагує на частоту обертання колінчатого вала двигуна і опір руху, що утворюється ґрунтом і робочими органами.
Методи дослідження. При проведенні досліджень використовувалися методи класичної механіки, теорії імовірності і математичної статистики. Експериментальні дослідження проводились в лабораторних і лабораторно-польових умовах на експериментальному малогабаритному машинному агрегаті (ЕММА). Результати експериментів оброблялись на PC IBM.
Експериментальні дослідження проводилися як по загальноприйнятим, так і по знову розробленої методикам і передбачали застосування планованого багатофакторного експерименту.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:
- Вперше отримана математична модель процесу руху малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією в період розгону з урахуванням втрат у клинопасовому варіаторі.
- Розроблена методика розрахунку параметрів малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією.
- Одержала подальший розвиток методика узгодження параметрів автоматичної безступінчастої трансмісії з характеристиками двигуна.
- Експериментально отримані математичні моделі тяглової здатності і витрат палива для малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією.
Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці конструкції малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією, яка дозволяє більш повно використовувати характеристики двигуна, що призводить до економії палива, підвищує продуктивність ММА.
Експериментальний малогабаритний машинний агрегат був випробуваний і впроваджений у приватному господарстві "Спадщина" Херсонської області Новотроїцького району с. Подове з бульдозерним пристроєм для видалення гною з вигульних майданчиків і з причепом на транспортних роботах. Продуктивність ММА при видаленні гною склала 23 т/год., при його транспортуванні 4,7 т/год., що відповідно на 31% і 28% більше, ніж трактора Т-10, витрати палива, при цьому, на 20% і 17% менші, що дає річну економію палива 867 кг і складає 1314 грн., при ціні палива 1грн. 50 коп. за 1 л А-76.
Впроваджена методика розрахунку параметрів малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією, яка застосовується при розробці перспективного малогабаритного мобільного кормороздавача в ТОВ “Орсельмаш” м. Оріхів вул. Овчаренко, 2.
Впроваджена методика розрахунку параметрів малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією, яка застосовується при розробці перспективного малогабаритного мобільного кормороздавача в ВАТ "Мотор Січ" м. Запоріжжя, вул. 8 Марта, 15.
Особистий внесок здобувача полягає в одержанні результатів, що винесені на захист:
- математична модель процесу руху малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією в період розгону з урахуванням втрат у клинопасовому варіаторі [5, 7];
- методика розрахунку параметрів малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією [4];
- методика узгодження параметрів автоматичної безступінчастої трансмісії з характеристиками двигуна [2, 10];
- математичні моделі тяглової здатності і витрат палива для малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією [8].
Апробація результатів дисертації. По основних положеннях дисертації були зроблені доповіді, які одержали схвалення на річних науково-технічних конференціях у Таврійській державній агротехнічній академії в 1999, 2000, 2002, 2004 роках (По темі дисертації отримана грамота Президії Національної Академії Наук за студентську роботу “Розробка міні – трактора з автоматичною плавнорегульованою трансмісією” від 12.03.1997р. №92); на VII Международном научно-практическом семинаре “Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС” (Владимирский государственный университет 1999г.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ІМЕСГ 2000р.); на VIII Международной научно-практической конференции “Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС” (Владимирский государственный университет 2001г.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Землеробська механіка на рубежі сторіч” (ТДАТА 2001р.); на другій Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (ХДТУСГ, 2003 р.), на четвертій Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (ХДТУСГ, 2003 р.).
Публікації. Основні матеріали і положення дисертації опубліковані в 8 статтях (7 статей написані автором самостійно), 2 тезах і отримано 1 деклараційний патент.
Структура і обсяг роботи – вступ, чотири розділи, висновки, список використаної літератури і додатки. Загальний обсяг роботи 179 сторінки, 58 рисунків на 24 сторінках, 13 таблиць на 8 сторінках, 6 додатків на 29 сторінках. Список використаних джерел налічує 175 найменувань на 14 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обґрунтована актуальність теми, викладені мета і методи досліджень, сформульовані основні положення, що обумовлюють наукову новизну і практичне значення роботи.
У першому розділі були розглянуті технологічні процеси і їх засоби механізації у фермерських господарствах. Проаналізувавши існуючі засоби механізації, був зроблений висновок, що на таких підприємствах доцільно використовувати засоби малої потужності. Необхідність використання засобів малої механізації у фермерських господарствах підтверджується розрахунком трудових витрат на таких операціях як підгортання, культивація, снігоочищення, скошування, транспортування вантажів. Розрахунки показують, що застосування засобів малої механізації дозволяє знизити трудові витрати від 2 до 14 разів, при цьому економія заробітної плати складе від 1,5 до 10 разів. Для підвищення продуктивності праці і зниження фізичних навантажень у малих сільськогосподарських підприємствах доцільніше використовувати універсальні машини, при цьому можна значно скоротити кількість машин і відповідно амортизаційні відрахування, витрати на ремонт і технічне обслуговування, що приведе до зниження собівартості продукції.
Машини малої потужності, як правило, випускаються в комплекті с сільськогосподарським знаряддям, призначеним для виконання операцій по обробітку ґрунту, догляду за рослинами, транспортування вантажу. Ці операції виконуються в діапазоні швидкостей 5...15 км/год. При ступінчастому регулюванні швидкості і перевмиканні передач зменшується продуктивність агрегату, підвищуються витрати палива і токсичність викидів. Двигун працює при різних обертах від мінімальних до максимальних, що зменшує довговічність його деталей і вузлів.
Експлуатація ММА в різних умовах вимагає трансмісію, яка повинна мати можливість автоматично, без втручання оператора, коректувати характеристики своїх підсистем. Така корекція можлива за допомогою безступінчастої трансмісії. Застосування безступінчастих передач дозволяє:
- при різноманітних умовах роботи ММА більш повно використовувати потужність двигуна;
- підвищити продуктивність ММА;
- покращити маневреність ММА, підвищити розгінну динаміку;
- запобігати перевантаженню робочих органів ММА і їх забиванню;
- дозволяє застосовувати автоматичне регулювання поступальної швидкості ММА в залежності від завантаження робочих органів.
На перспективність безступінчастого регулювання при максимальному використанні потужності двигуна вказували у своїх працях Чудаков Є.А. і Фалькевич Б.С.
З аналізу існуючих безступінчастих трансмісій , їх переваг і недоліків, найбільш раціонально застосовувати клинопасовий варіатор, який відповідає більшості вимог до трансмісії ММА.
Застосування безступінчастої трансмісії з клинопасовим варіатором дозволяє, за твердженнями Дивакова Н.В., Снакіна Р.Ф., Лепешева В.Ю., знизити витрати пального на 15-20%.
Автоматичний клинопасовий варіатор (АКВ), що сполучає функції зчеплення і регулятора швидкості – є перспективним шляхом поліпшення паливно-економічних показників ММА.
Питанням розробки машинного агрегату з адаптивною системою приділяли увагу в своїх роботах такі дослідники, як Александров І.К., Серебряков І.Н., Альфред Бульст, Долганов К.Є. і Кухтик В.В., Дерунов Г.П..
В другому розділі розглядається процес руху малогабаритного машинного агрегату з активними і пасивними робочими органами при виконанні технологічних процесів в різних умовах експлуатації в фермерських господарствах, на підставі якого визначаються параметри ММА, що повинні забезпечити тяглову здатність, визначену для машин особливо малого класу, при витратах палива менших, ніж у серійних.
Вивчивши існуючі варіанти динамічних моделей машинних агрегатів і рівняння їх руху, була використана двохмасова динамічна модель машинного агрегату з АБТ, представлена в роботі Архангельського Г.В. яка після доопрацювання представлена на рис.1.
Рис. 1. Модель структурна малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією:
Д – двигун; ВС – ведена система; ХС – ходова система; РО – робочі органи; АКВ – автоматичний клинопасовий варіатор; ТП – технологічний процес; АРО – активні робочі органи; ПРО – пасивні робочі органи.
Розрахунок енергетичних і кінематичних параметрів ММА з метою мінімізації витрат палива, підвищення динамічних якостей, більш повного використання характеристик силового агрегату і трансмісії, їх довговічності, проводиться за схемою, запропонованою на рис. 2.
Рівняння руху для ведучої і веденої систем, у загальному вигляді, з урахуванням опору рухові і приведенням усіх моментів і швидкостей до ведучого і веденого валів варіатора має вигляд:
 ,
(1)
 ,
де Мв – крутний момент ведучої системи;
Моп – момент опору, приведений до веденого валу варіатора;
е1, е2 – відповідно кутові прискорення на ведучих і ведених валах.
З даних рівнянь руху машинного агрегату, можна одержати потужності: що витрачаються двигуном на процес зрушення, розгін, подолання основного опору (Nв) і розгін веденої системи (Nвед) до сталого руху за формулою:
 ,
(2)
 ,
тут ω1п і ω1к – відповідно кутові швидкості початку включення варіатора і сталого режиму руху;
ω2п і ω2к – відповідно кутові швидкості початку обертання веденого шківа і сталого режиму руху.
| 
