Дінаміка та енергоефективність багатоелементних сільськогосподарських агрегатів : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук : 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Abstract

В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення науковоприкладної проблеми, що виявляється в підвищенні енергоефективності багатоелементних сільськогосподарських агрегатів шляхом обґрунтування вибору компонувальних схем та режимів використання через розробку математичних моделей динаміки і методів оцінки енергоефективності. Це дозволило створити нові методи до комплектування, розробки і ефективної експлуатації багатоелементних сільськогосподарських агрегатів, зменшити енергетичні витрати та впровадити у виробництво розроблені рекомендації. Для вирішення поставленої проблеми створено нову методологію формування математичних моделей функціонування багатоелементних сільськогосподарських агрегатів з урахуванням структури і схеми агрегатування, що дозволяє ефективно досліджувати динамічні показники n -елементних агрегатів. Створеним математичним моделюванням руху двохелементного машинно-тракторного агрегату, визначено методи формування моделей багатоелементних сільськогосподарських агрегатів, їх силову взаємодію та міжелементні кінематичні зв’язки. Одержано аналітичні залежності кінематичних зв’язків математичної моделі динаміки просторового руху багатоелементного сільськогосподарського агрегату, що не вироджуються при розрахунках та складанні математичних моделей. Складено математичні моделі просторового руху багатоелементних сільськогосподарських агрегатів зі схемою агрегатування «трактор – бункер – сівалка» та «трактор – сівалка – бункер». При складанні математичної моделі динаміки просторового руху агрегату, елементи описано, як системи твердих тіл з голономними і неголономними утримуючими зв'язками та використано рівняння Аппеля у псевдокоординатах. Математичним моделюванням нелінійної динамічної моделі просторового руху БСА – John Deere 8345R + John Deere 1910 + John Deere 1895 отримано значення координат та проекцій швидкостей центрів мас елементів агрегату, динамічних радіусів й швидкостей обертання коліс трактора. Розроблено методи оцінки енергоефективності сільськогосподарських агрегатів довільної структури, що дозволили дослідити взаємозв’язок витрати енергії та динамічних показників роботи машинно-тракторних агрегатів. Розроблено вимірювальну систему динаміки та енергетики мобільних машин, що дозволила підтвердити теоретичні положення дослідження динаміки та енергетики функціонування багатоелементних сільськогосподарських агрегатів довільної структури, провести ефективні експериментальні дослідження агрегатів та сформувати рекомендації з їх створення та експлуатації. Проведеними експериментальними дослідженнями підтверджено адекватність математичних моделей динаміки та енергетики багатоелементних сільськогосподарських агрегатів довільних структур.

В диссертации приведено теоретическое обобщение и новое решение научноприкладной проблемы, что проявляется в повышении энергоэффективности многоэлементных сельскохозяйственных агрегатов путем обоснования выбора компоновочных схем и режимов использования через разработку математических моделей динамики и методов оценки энергоэффективности. Это позволило создать новые методы к комплектованию, разработки и эффективной эксплуатации многоэлементных сельскохозяйственных агрегатов, уменьшить энергетические затраты и внедрить в производство разработанные рекомендации. Для решения поставленной проблемы разработана новая методология формирования математических моделей функционирования многоэлементных сельскохозяйственных агрегатов с учётом структуры и схемы агрегатирования, что позволила эффективно исследовать динамические показатели n - элементных агрегатов. Математическим моделированием двухэлементного машиннотракторного агрегата, определены методы формирования математических моделей многоэлементных сельскохозяйственных агрегатов, их силовое взаимодействие и межэлементные кинематические связи. Составлены математические модели пространственного движения многоэлементных сельскохозяйственных агрегатов со схемами агрегатирования «трактор – бункер – сеялка» и «трактор – сеялка – бункер». При составлении математических моделей динамики пространственного движения агрегата его элементы описаны, как системы твердых тел с голономными и неголономными удерживающими связями и использовано уравнение Аппеля в псевдокоординатах. Математическим моделированием нелинейной динамической модели пространственного движения многоэлементного сельскохозяйственного агрегата – John Deere 8345R + John Deere 1910 + John Deere 1895 получено значение координат и проекций скоростей центров масс элементов агрегата, динамических радиусов и скоростей вращения колес трактора. Получены аналитические зависимости кинематических связей математической модели динамики пространственного движения многоэлементного сельскохозяйственного агрегата, которые не вырождаются при расчетах и составлении математических моделей. Разработаны методы оценки энергоэффективности сельскохозяйственных агрегатов произвольной структуры, которые позволили исследовать взаимосвязь затрат энергии и динамических показателей работы многоэлементных сельскохозяйственных агрегатов. Разработанная измерительная система динамики и энергетики мобильных машин позволяет подтвердить теоретические положения исследования динамики и энергетики функционирования многоэлементных комбинированных сельскохозяйственных агрегатов произвольной структуры, проводить эффективные экспериментальные исследования агрегатов и формировать рекомендации по их созданию и эксплуатации. Инновационной составляющей измерительной системы является достаточно точный способ определения буксования движителей мобильной машины, который не требует вмешательства в конструкцию машины. Разработан алгоритм обработки данных измерительной системой, исключающий влияние показателей места расположения датчиков, ускорение свободного падения, неровностей полей и наклона. Проведенные экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях, с помощью разработанной и изготовленной измерительной системы динамики и энергетики мобильных машин, подтвердили адекватность математических моделей динамики и энергетики комбинированных сельскохозяйственных агрегатов произвольных структур. Разработанная методология исследования динамики многоэлементных сельскохозяйственных агрегатов произвольных структур и измерительная система динамики и энергетики мобильных машин реализованы на заводах-производителях сельскохозяйственной техники, внедрены аграриями Украины и используются в учебном процессе ХНТУСХ им. П. Василенко.

The thesis provides theoretical generalization and new solution of scientific and applied problems manifested in increasing energy efficiency through multiple farm units justification for selecting layout patterns and usage through the development of mathematical models of dynamics and methods for assessing energy efficiency. It is possible to create new methods to the acquisition, development and effective operation of multi-farm units, reduce energy costs and implement recommendations in production. To solve the problem created by the formation of a new methodology mathematical model of multiple units based agricultural structure and block diagrams to effectively investigate dynamic performance -element units. By mathematical modeling of two element tractor unit defined methods of forming multiple models of agricultural machines, their interaction and power kinematic relations between elements. Analytical dependence of kinematic linkages of mathematical model of the dynamics of spatial movement of multi element agricultural unit, which does not degenerate in the calculation and preparation of mathematical models are presented. A mathematical model of spatial motion of multi-element agricultural units with circuit-block “tractor – hopper – seeder” and “tractor – seeder – hopper” was studied. In compiling a mathematical model of the dynamics of the spatial motion of multi elements unit described as a system of solids bodies with holonomic and non-holonomic holding linkages; used equation of Appel in pseudo coordinates. Mathematical modeling of nonlinear dynamic model of spatial motion of multi element agricultural unit – John Deere 8345R + John Deere 1910 John Deere 1895 + received the coordinates and projections of speeds centers mass of the elements of the unit, dynamic radii and speeds the wheels of the tractor. Methods for evaluation of efficiency of agricultural units arbitrary structure, which allowed to investigate the relationship power consumption and dynamic performance of the machine and tractor units. Developed measurement system dynamics and power of mobile machines allowed confirming the theoretical position to study the dynamics and energy multifunctioning agricultural units arbitrary structure, effective conduct experimental research units and generate recommendations for their creation and operation. Experimental studies confirmed the adequacy of mathematical models of the dynamics of power and multiple farm units arbitrary structures.