Математическое моделирование культиваторного машинно-тракторного агрегата

Abstract

Почвообрабатывающий машинно-тракторный агрегат подвергается непрерывно изменяющимся внешним воздействиям, что приводит к колебаниям скорости движения, буксованию ведущих колес трактора, нагруженности трансмиссии, повышенному расходу топлива. Основным источником возмущений, вызывающих колебания трактора, являются неравномерность тягового сопротивления почвообрабатывающих машин и неровности микропрофиля поля. Цель исследования: совершенствование процесса функционирования почвообрабатывающего машинно-тракторного агрегата путем моделирования влияния внешних воздействий. Математическая модель процесса работы колесного трактора в тяговом режиме работы представляет почвообрабатывающий машинно-тракторный агрегат в виде динамической системы с двумя входными воздействиями, определяемыми нагрузкой на рабочие органы и неровностями рельефа. Математическая модель включает уравнения двигателя и регулятора, муфты сцепления, силовой передачи, ведущего колеса и продольно-вертикальных колебаний трактора. Решение математической модели МТА базируется на методе численного интегрирования Рунге - Кутта четвертого порядка при постоянном шаге. Произведены расчеты движения агрегата с подачей на вход модели периодических синусоидальных возмущений. В результате расчетов определено, что влияние микропрофиля поля и тягового сопротивления рабочих органов на показатели функционирования МТА различно. Наибольшие амплитуды вертикальных ускорений достигаются вследствие воздействия неровностей поля. Колебания скорости движения, погектарного расхода топлива, момента двигателя обусловлены воздействием периодической составляющей тягового сопротивления низкой частоты, а буксования и ведущего момента колес - также и неровностей микропрофиля поля. На средние значения буксования ведущих колес трактора и погектарного расхода топлива в основном влияют колебания тягового сопротивления. Применение диагонально-параллельных шин вместо радиальных позволяет снизить буксование ведущих колес трактора с 24 % при работе на серийных шинах до 16 % на опытных шинах и уменьшить при этом погектарный расход топлива на 6 %.

Грунтообробний машинно-тракторний агрегат піддається безперервно мінливих зовнішніх впливів, що призводить до коливань швидкості руху, буксування ведучих коліс трактора, навантаженості трансмісії, підвищеної витрати палива. Основним джерелом збурень, що викликають коливання трактора, є нерівномірність тягового опору грунтообробних машин і нерівності мікропрофілю поля. Мета дослідження: удосконалення процесу функціонування грунтообробного машинно-тракторного агрегату шляхом моделювання впливу зовнішніх впливів. Математична модель процесу роботи колісного трактора в тяговому режимі роботи представляє ґрунтообробний машинно-тракторний агрегат у вигляді динамічної системи з двома вхідними впливами, які визначаються навантаженням на робочі органи і нерівностями рельєфу. Математична модель включає рівняння двигуна і регулятора, муфти зчеплення, силової передачі, провідного колеса і поздовжньо-вертикальних коливань трактора. Рішення математичної моделі МТА базується на методі чисельного інтегрування Рунге - Кутта четвертого порядку при постійному кроці. Зроблені розрахунки руху агрегату з подачею на вхід моделі періодичних синусоїдальних збурень. В результаті розрахунків визначено, що вплив мікропрофілю поля і тягового опору робочих органів на показники функціонування МТА-різному. Найбільші амплітуди вертикальних прискорень досягаються внаслідок впливу нерівностей поля. Коливання швидкості руху, погектарної витрати палива, моменту двигуна обумовлені впливом періодичної складової тягового опору низької частоти, а буксування і ведучого моменту коліс – також і нерівностей мікропрофілю поля. На середні значення буксування ведучих коліс трактора і погектарної витрати палива в основному впливають коливання тягового опору. Застосування діагонально-паралельних шин замість радіальних дозволяє знизити буксування ведучих коліс трактора з 24% при роботі на серійних шинах до 16% на досвідчених шинах і зменшити при цьому погектарний витрата палива на 6%.

The soil-cultivating machine-tractor unit undergoes continuously changing external influences that lead to fluctuations in the speed of movement, slippage of the tractor's driving wheels, loading of the transmission, and increased fuel consumption. The main sources of disturbances that cause the oscillations of the tractor are the unevenness of the traction resistance of the tillers and the unevenness of the field microprofile. The purpose of the research is to improve the process of functioning of the soil-processing machine-tractor unit by modeling of the influence of external action. The mathematical model of the process of operation of a wheeled tractor in the traction mode of operation is a machine-tractor unit in the form of a dynamic system with two input forces, determined by the load on the working elements and the roughness of the relief. The mathematical model includes the equations of the motor and the regulator, the clutch, the power transmission, the driving wheel and the longitudinal-vertical oscillations of the tractor. The solution of the mathematical model of the machine-tractor unit is based on the Runge-Kutta fourth-order method numerical integration method at a constant step. Calculations are made for the motion of the unit with periodic sinusoidal disturbances applied to the input of the model. As a result of calculations, it is determined that the effect of the microfield of the field and the traction resistance of the working bodies on the performance of the machine-tractor unit is different. The greatest amplitudes of vertical accelerations are achieved due to the effect of field unevenness. Fluctuations in the speed of movement, hectare fuel consumption, engine torque are caused by the periodic component of traction resistance of low frequency, and slippage and driving torque of the wheels - as well as unevenness of the field microfilm. The average values of the slippage of the tractor's driving wheels and hectare fuel consumption are mainly affected by the oscillations of the traction resistance. The use of diagonal-parallel tires instead of radial makes it possible to reduce the slipping of the tractor's drive wheels from 24 % (when working on serial tires) to 16 % (on test tires) and to reduce the hectare fuel consumption by 6 %.