БЭМЗ полищук доки / 2020 / Оборудование / АВТОРЕФЕРАТ САВЧУКА_С_В. ВАК нац. библиотека

11

Показателями качества переходных процессов изменения глубины обработки почвы для систем управления с различной структурой при возмущающем кинематическом воздействии с асимптотой у является статическая ошибка копирования рельефа поля e (таблица 1).

e a a(0),

где a∞ – установившееся значение глубины обработки, или статическое отклонение; a(0) – начальное значение глубины обработки.

1 и 2 – процессы, соответствующие значениям асимптот экспоненты 0,015 м и 0,03 м Рисунок 9. – Изменение глубины обработки почвы агрегатом с замкнутой (а) и разомкнутой (б) системами управления при уменьшении неровности

Таблица 1. – Результаты теоретических исследований при экспоненциальном возмущающем кинематическом воздействии

Приведенные результаты показывают высокую точность копирования рельефа поверхности рабочими органами машины, система управления которыми является замкнутой посредством бесконтактного высотного датчика, т.к. агротехническое требование соблюдения глубины обработки почвы составляет ± 0,01 м. Статическая ошибка глубины обработки почвы рабочими органами для разомкнутой системы значительно превышает величину ошибки замкнутой системы, что не обеспечивает соблюдение агротехнических требований.

На рисунке 10 изображены входные сигналы системы при периодических законах изменения во времени.

Изменение глубины обработки почвы в зоне высотного датчика для замкнутой и разомкнутой систем при различных периодических законах изменения воз-

12

мущающих воздействий в случае вертикального перемещения опорно-приводных колес с резиновыми шинами показано на рисунке 11.

а и б – законы изменения возмущений соответственно синусоидальный и треугольный с переменными во времени параметрами

Рисунок 10. – Кинематические возмущения на входе динамической системы

а)б)

а и б – процессы, соответствующие гармоническому и треугольному с переменными во времени параметрами законам изменения возмущающих воздействий

Рисунок 11. – Изменение глубины обработки почвы агрегатом с разомкнутой (1) и замкнутой (2) системами управления

Для сравнительной оценки точности обеспечения глубины обработки почвы замкнутой и разомкнутой систем используем величину коэффициента вариации.

Наилучшей оценкой генерального среднего квадратического отклонения является исправленное среднее квадратическое отклонение, или стандарт

где n – объем выборки; ai и as– текущее и заданное значение глубины обработки. Коэффициент вариации глубины обработки равен отношению

В таблице 2 приведены результаты теоретических исследований влияния структуры системы и величины входного воздействия на коэффициент вариации глубины обработки почвы при периодических возмущающих воздействиях.

13

Таблица 2. – Результаты теоретических исследований при периодических возмущающих воздействиях

Сравнительный анализ приведенных результатов показывает, что агротехнические требования выполняются при функционировании замкнутой системы.

Для определения характера влияния основных параметров электрогидравлического привода на точность высотного позиционирования выполнены расчеты, сответствующие графики которых представлены на рисунке 12.

а– 1 и 2 – коэффициент передачи от рабочих органов к соединительному звену: Kfc= 0,5 и Kfc = 0,2; б – 1, 2 и 3 – параметры зоны нечувствительности: Ψ=0,05; Ψ=0,03 и Ψ=0,02 Рисунок 12. – Влияние параметров электрогидравлического привода на величину статического отклонения глубины обработки почвы

Анализ приведенных зависимостей показывает, что с уменьшением безразмерного параметра зоны нечувствительности Ψ в пределах 0,05...0,02 величина статического отклонения глубины обработки почвы снижается с 0,110 м до 0,104 м, т.е. статическая точность высотного позиционирования увеличивается. С уменьшением коэффициента передачи Kfc в диапазоне 0,5...0,2 статическая точность высотного позиционирования снижается с 0,103 м до

0,101 м.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований процесса функционирования электрогидравлического привода системы высотного регулирования. С целью испытаний компонентов указанного привода разработан стенд, функциональная схема которого изображена на рисунке 13.

Бесконтактное взаимодействие электромагнитного привода с подпружиненной виброплощадкой посредством плоского якоря обеспечивает имитацию кинематических возмущений со стороны рельефа поля, а силовое сопротивление поч-

14

вы воспроизводится за счет регулируемых сил трения со стороны фрикционов на рабочие органы.

1 – рама; 2 – ролики; 3 – приводныеколеса; 4 – сеялка; 5 – виброплощадка; 6 – опорный ролик; 7 – устройство имитации сопротивления почвы; 8 – сошники; 9 – навесное

21 – толкатель; 22 – источник питания, UV1 и UV2 – управляющие воздействия

Рисунок 13. – Схема стенда для лабораторных испытаний электрогидравлического привода системы высотного регулирования положения рабочих органов

Влияние внешних факторов на качество функционирования электрогидравлического привода в составе системы высотного регулирования целесообразно оценить на основе многофакторного анализа в локальной области указанных факторов, причем разработанная методика должна отражать последовательность действий при планировании эксперимента. Выходной величиной интерполяционной модели является высота расположения ультразвукового датчика, закрепленного на остове сеялки, над плоским горизонтальным экраном.

Разработанная методика лабораторных исследований отражает последова-

тельность действий при планировании эксперимента и регрессионном анализе результатов.

На основании анализа приведенных данных выбраны следующие основные уровни и интервалы варьирования для факторов, соответствующих области проведения эксперимента (таблица 3): амплитуда и период кинематического возмущения со стороны подпружиненной виброплощадки стенда, а также обобщенная жесткость резиновых шин.

Условия проведения эксперимента определены в виде матрицы планирования (таблица 4), где строки соответствуют различным опытам, а столбцы – значениям факторов.

15

Таблица 3. – Основные уровни и интервалы варьирования факторов

Таблица 4. – Матрица планирования и результаты вычислительного эксперимента

Примечания: *вектор-столбец фиктивной кодированной переменной х0; среднее значение откликов yа 'и yа'';*** разность между значением отклика в каждом опыте и средним значением; ****дисперсия в каждом опыте.

Согласно таблице 4 уравнение регрессии имеет вид

ya 10,4x0 4,093x1 4,228x2 0,473x3.

Анализ уравнения регрессии показывает влияние его коэффициентов, соответствующих возмущающим воздействиям (амплитуда и период) и конструкционным факторам (обобщенная жесткость резиновых шин), на функцию отклика в зависимости от их величины и знака.

С учетом положения о том, что максимальная урожайность зерновых культур при минимальных затратах связана с тяговым сопротивлением агрегата и точным распределением семян по глубине и площади посева, предлагается комплекс-

ный критерий оценки качества процесса функционирования электрогидравличе-

ского привода рабочих органов технологического оборудования мобильной машины, содержащий агротехническую и динамическую составляющие. При этом указанный критерий выражен через их сумму согласно формуле

где α – весовой коэффициент, определенный согласно неравенству 0 ≤ α ≤1; Vа и VR – коэффициенты вариации глубины обработки почвы и тягового сопротивления рабочих органов.

16

Для определения функциональных характеристик привода высевающих аппаратов сеялок с его различной кинематикой разработан стенд, общий вид которого с объектом испытаний приведен на рисунке 14.

а – привод от опорного колеса; б – привод от промежуточного колеса Рисунок 14. – Общий вид стенда для проверки функциональной работоспособности при-

вода высевающих аппаратов с различной кинематической схемой

Оценка качества функционирования электрогидравлического привода в по-

левых условиях была проведена на базе почвообратывающего посевного многофункционального агрегата, оборудованного электрогидравлической системой управления навесным устройством и внешними гидрофицированными потребителями. Ультразвуковой датчик измерения высоты расположения соединительного звена над рельефом поверхности был подключен к контроллеру указанной системы. При проведении испытаний выполнена проверка функционирования электрогидравлического привода с учетом качества заделки семян.

Осциллограммы рабочих процессов функционирования электрогидравлического привода рабочих органов приведены на рисунке 15.

Рисунок 15. – Характеристики процесса функционирования электрогидравлического привода при бесконтактном копировании рельефа поверхности

Анализ характеристик показывает, что выходной сигнал ультразвукового датчика расстояния 1 имеет удовлетворительную сходимость с сигналом контрольной системы контактного копирования 2, оснащенной эталонным колесом при периодическом подключении электромагнитов регулятора согласно управляющему сигналу 3.

17

Пример оценки качества процесса функционирования электрогидравлического привода рабочих органов сельхозмашины приведен в соответствии с комплексным критерием (1), причем при среднем значении весового коэффициента α=0,5, Vа=9,2% и VR=10 % согласно литературным источникам значение указанного критерия составляет Δ=9,6%. При сравнении различных вариантов реализации почвообрабатывающей операции меньшее значение критерия является предпочтительным.

Установлено, что для посевного агрегата с системой высотного регулирования количество семян, заделанных в рабочем слое, на 4,5% больше, чем в опыте с позиционным регулированием навесного устройства, а неравномерность по глубине почвообработки в 2 раза меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Разработана математическая модель процесса функционирования электрогидравлического привода рабочих органов мобильной машины в контуре высотного регулирования путем бесконтактного копирования рельефа поля, учитывающая взаимодействие ее остова с грунтовой опорной поверхностью посредством упругой пневмошины, кинематические, силовые возмущения и массогеометрические параметры остова при поступательном движении посевного агрегата, позволившая определить структуру и рациональные параметры электрогидравлического привода рабочих органов и повысить точность их позиционирования. При этом коэффициент вариации глубины обработки почвы для указанной структуры системы составляет 7,5%, а для разомкнутой системы – 55,7%, что указывает на высокое качество функционирования активной системы при значительном уменьшении статической ошибки [4, 7, 8].

2.Выявлено влияние структуры и параметров электрогидравлического привода посредством управляющего воздействия на точность позиционирования рабочих органов. Показано, что при уменьшении безразмерного параметра зоны нечувствительности в пределах 0,05...0,02 величина статического отклонения глубины обработки почвы снижается в 2,5 раза, что обеспечивает повышение качества функционирования электрогидравлического привода. Установлено влияние величины коэффициента передачи рычажного механизма силовой проводки электрогидравлического привода на упомянутый показатель качества, показано, что при обеспечении величины этого коэффициента в диапазоне 0,5...0,2 значение статического отклонения глубины обработки почвы снижается в 2,3 раза [1, 5]. Определено, что при функционировании исследуемого привода в полевых условиях неравномерность глубины обработки почвы в 2 раза меньше, чем при позиционном способе управления положением навесного устройства. Ожидаемая экономическая эффективность от использования в составе комбинированного почво-

18

обрабатывающе-посевного агрегата АППМ-6 без комплектации передними опорными колесами системы бесконтактного копирования рельефа поля составит 37,4 млн. белорусских рублей (в ценах 2015г., без учета деноминации) [2, 3].

3.Разработана методика экспериментально-статистических исследований в лабораторных условиях с имитацией рабочих процессов, позволившая получить достоверную оценку динамических свойств и качества функционирования электрогидравлического привода в составе системы высотного регулирования на основе интерполяционной модели в виде уравнения регрессии и вычислить функцию отклика для любого сочетания входных воздействий в выбранном факторном пространстве [19].

4.Разработан стенд для имитации кинематических и силовых возмущений со стороны рельефа, отличающийся тем, что на раме закреплены плоский экран и электромагнит постоянного тока с цилиндрическим магнитопроводом, в зоне действия которого расположен плоский якорь из ферромагнитного материала с толкателем, кинематически связанным с подпружиненной виброплощадкой, причем указанный экран расположен на раме горизонтально под ультразвуковым датчиком высотного регулирования, а упомянутый электромагнит электрически подключен к источнику пульсирующего тока. Стенд обеспечивает формирование возмущающих воздействий различной величины и характера на объект испытаний для получения его динамических характеристик, а также снижение затрат и сроков на испытания и доводку систем высотного регулирования рабочих органов сеялок в межсезонный период [6, 9, 19]. Кроме того, разработан стенд для проверки функциональной работоспособности привода высевающих аппаратов, который позволяет снизить трудоемкость испытаний привода при оценке качества высева семян в полевых условиях [19]. По результатам исследований предложены принципиальные, структурные схемы и конструкции технических устройств, новизна которых подтверждена патентами Республики Беларусь и Российской Федерации

[13-18].

5.Предложен комплексный критерий оценки качества процесса функционирования электрогидравлического привода рабочих органов мобильных машин, который включает агротехнический и динамический показатели. В отличие от существующих указанный критерий основан на обобщенной оценке, выраженной математической зависимостью коэффициента вариации глубины обработки почвы

итягового сопротивления при выполнении технологического процесса [10, 11].

6.Для повышения качества процесса функционирования электрогидравлического привода рабочих органов мобильных машин, или повышения точности позиционирования рабочих органов, рекомендуется ввести в его структуру контур высотного регулирования с использованием акустических средств определения расстояния [1, 12].

19

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в списки научных изданий для опубликования результатов диссертационных исследований

1. Савчук, С. В. Бесконтактное регулирование глубины обработки почвы с применением ультразвукового датчика и гидравлики трактора / С. В. Савчук, Е. Я. Строк // Вестн. БрГТУ. Сер. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. – 2014. – № 2. – С. 41–43.

2. Результаты испытаний опытного образца сеялки пневматической С–9 / Н. Д. Лепешкин [и др.] // Механизация и электрификация сельского хозяйства : межвед. тематич. сб. / НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства ; редкол.: П. П. Казакевич (пред.) [и др.]. – Минск, 2013. – Вып. 47 : в 2 т. – Т.1. – С. 104–109.

3. К разработке сеялки прямого посева к энергонасыщенным тракторам мощностью 260 кВт / Н.Д. Лепешкин [и др.] // Механизация и электрификация сельского хозяйства : межвед. тематич. сб. / НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства ; редкол.: П. П. Казакевич (пред.) [и др.]. – Минск, 2014. – Вып. 48 : в 2 т. – Т.1 – С. 50–57.

4. Повышение точности позиционирования навесного устройства трактора / Е. Я. Строк [и др.] // Механика машин, механизмов и материалов. – 2015. – № 3. –

С. 135–137.

5.Определение энергетических характеристик способов регулирования скорости исполнительного механизма электрогидравлического привода навесного устройства / Е. Я. Строк [и др.] // Агропанорама. – 2015. – № 3. – С. 2–5.

6.Имитация рабочих процессов электрогидравлических регуляторов давления / Е. Я. Строк [и др.] // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси; редкол.: С. Н. Поддубко (пред.)

[и др.]. – 2015. – С. 135–137.

7.Обоснование структурных и конструкционных параметров чувствительного к нагрузке регулятора расхода рабочей жидкости / Е. Я. Строк [и др.] // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси; редкол.: С. Н. Поддубко (пред.) [и др.]. – 2015. – С. 138–141.

8.Савчук, С. В. Процесс функционирования электрогидропривода в составе системы автоматического регулирования глубины обработки почвы / С. В. Савчук

//Вестн. БрГТУ. Сер. Машиностроение. – 2015. – № 4. – С. 64–67.

Статьи в инженерных журналах

9. Сеялка пневматическая С9 / Н. Д. Лепешкин [и др.] // Сельскохозяйственная научно-техническая и рыночная информация. – 2013. – № 4 – С. 39–42.

20

10. Раздельный сев может быть быстрым и эффективным / Н. Д. Лепешкин, [и др.] // Белорусское сельское хозяйство. – 2013. – № 3 – С. 98–100.

Статьи по материалам конференций

11.Сокращение сроков и повышение качества сева в республике Беларусь / Н. Д. Лепешкин [и др.] // Технический прогресс в сельскохозяйственном производстве : материалы IX Всеукраинской конференции-семинара, Глеваха, 21–23 мая 2014 г. / Институт механизации и электрификации сельского хозяйства ; редкол.: В. А. Михайлов (гл. ред.) [и др.]. – Глеваха, 2014. – С. 24–26.

12.Лепешкин, Н. Д. Новые возможности эффективного сева в республике Беларусь / Н. Д. Лепешкин, Н. Ф. Сологуб, С. В. Савчук // Инновационное развитие АПК России на базе интеллектуальных машинных технологий : материалы междун. науч.-техн. конф., Москва, 17–18 сент. 2014 г. / ФГУБНУ ВИМ ; редкол.: Ю. Ф. Лачуга (пред.) [и др.] – М., 2014. – С. 146 – 148.

Патенты на изобретения и полезные модели

13.Однодисковый сошник : полез. модель BY 3512 / С. В. Савчук, И. В. Савчук, С. Л. Разумец, В. Ф. Завадский, А. Д. Троцюк. – Опубл. 30.04.2007.

14.Однодисковый сошник : пат. BY 012652 / С. В. Савчук, И. В. Савчук, С. Л. Разумец, В. Ф. Завадский, А. Д. Троцюк. – Опубл. 30.12.2009.

15.Узкорядный сошник : полез. модель BY 7308 / С. В. Савчук, С. Л. Разу-

мец, В. Ф. Завадский, Н. С. Жогал. – Опубл. 30.06.2011.

16. Узкорядный сошник : пат. BY 016481 / С. В. Савчук, С. Л. Разумец, В. Ф. Завадский, Н. С. Жогал. – Опубл. 30.05.2012.

17.Сеялка с пневматическим высевающим аппаратом : полез. модель BY 10524 / Н. Д. Лепешкин, А. Н. Смирнов, Н. Ф. Сологуб, С. В Савчук. – Опубл.

28.02.2015.

18.Сеялка с пневматическим высевающим аппаратом : пат. BY 029183 / Н. Д. Лепешкин, А. Н. Смирнов, Н. Ф. Сологуб, С. В. Савчук. – Опубл. 28.02.2018.

19.Стенд для лабораторный испытаний сеялки с ультразвуковым датчиком высотного регулирования положения рабочих органов : полез. модель BY 11870 / Д. Г. Олиферчик, С. В. Савчук, Е. Я. Строк, Л. Д. Бельчик, А. А. Ананчиков. –

Опубл. 28.02.2019.