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:

1. Вперше отримана математична модель процесу руху малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією в період розгону з урахуванням втрат у клинопасовому варіаторі.

2. Розроблена методика розрахунку параметрів малогабаритного машинного агрегату з автоматичною безступінчастою трансмісією.

3. Одержала подальший розвиток методика узгодження параметрів автоматичної безступінчастої трансмісії з характеристиками двигуна.

4. 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 1п і 1к – відповідно кутові швидкості початку включення варіатора і сталого режиму руху;

2п і 2к – відповідно кутові швидкості початку обертання веденого шківа і сталого режиму руху.

Рис. 2. Схема розробки параметрів системи “силовий агрегат – автоматична безступінчаста трансмісія" для малогабаритного машинного агрегату

Рішення перетворених рівнянь, коли ММА в процесі розгону і йде максимальна витрата енергії, можливе при наступних допущеннях:

1)

2)

3)

4)

Втрати потужності в автоматичному клинопасовому варіаторі при розгоні ММА до сталого режиму руху складуть Nв – Nвед:

. (3)

Для перевірки погодженості роботи АБТ й двигуна, необхідно визначити втрати в автоматичному клинопасовому варіаторі в період розгону ММА до сталого руху, тому що непогодженість може привести до значного зниження ККД трансмісії.

. (4)

Момент інерції веденої системи, приведений до веденого вала варіатора, відповідно до кінематичної схеми:

, (5)

де J02 – момент інерції деталей веденого шківа, що обертаються;

mмма і mв – маси малогабаритного машинного агрегату і водія;

imр.в – передаточне число трансмісії від ведучих колес до веденого вала варіатора;

mр.ві – ККД трансмісії після веденого шківа варіатора;

Jmрi – момент інерції деталей трансмісії, що обертаються, розташованих на i-х валах після веденого вала варіатора;

imр.вi – передаточне число між i-м валом трансмісії і веденим валом варіатора;

mр.вi – ККД трансмісії на i-х валах після веденого вала трансмісії.

Момент опору рухові, приведений до веденого вала варіатора:

, (6)

де FММА - сила опору перекочуванню і підйомові ММА:

, (7)

тут f – коефіцієнт опору рухові ММА;

- кут підйому дороги;

rв.к. – радіус перекочування ведучого колеса;

Fш?р – сила опору перекочуванню і підйомові вантажу, що агрегатується:

, (8)

тут mпричеп – маса причепа з вантажем;

g – прискорення вільного падіння;

rв.к.пр – радіус колеса причепа.

Потужний баланс для ММА з автоматичною безступінчастою трансмісією з урахуванням викладеного прийме вигляд:

, (9)

де Nпр.ввп – потужність, що витрачається на механічні втрати в приводі ВВП;

Nб.к – потужність, втрачена на буксування колес;

Nввп – потужність, втрачена на обертання механізмів, приєднаних до ВВП;

Nm – потужність, втрачена на тягу робочих органів і транспортних візків;

, (10)

тут Fокр – окружна сила опору активних робочих органів на валові ВВП;

rм – радіус сполучної муфти ВВП з робочими органами;

ввп – кутова швидкість ВВП;

пр.ввп – ККД приводу від ВВП до веденого вала варіатора.

Основним елементом, розроблюваної трансмісії ММА є автоматичний клинопасовий варіатор, що реагує на частоту обертання колінчатого вала двигуна й опір рухові. Робота АКВ у режимі зчеплення і перебудови носить випадковий характер, що зв'язано з впливом багатьох факторів, серед яких фізико-механічні властивості пасу, що представляє собою композитний матеріал, характеристики натискних пристроїв ведучого і веденого шківів варіатора, стан грунтового середовища, тому при розробці характеристик системи “силовий агрегат – трансмісія – робочі органи” потрібно застосування методів математичної статистики з використанням результатів експериментальних досліджень на тяглову здатність, що дає можливість рішення рівняння (3), за допомогою складання програми Microsoft Excel.

Зроблений за наведеною у другому розділі дисертації методикою, розрахунок основних параметрів ММА класу 0,2, дозволив визначити: необхідну потужність двигуна; максимальне і мінімальне число трансмісії і варіатора, розміри шківів.

Розроблені: конструкція відцентрового натискного пристрою ведучого шківа і механізму осьового натискання веденого шківа, що реагує на опір рухові.

Визначивши параметри силового агрегату, АБТ, робочих органів, з урахуванням ґрунтового середовища, здійснюється розрахунково-теоретичне узгодження параметрів АБТ з характеристиками силового агрегату (рис. 3).

Рис. 3. Розрахунково-теоретичне узгодження параметрів АБТ з характеристиками силового агрегату:

івар - передаточне число варіатора; ?1 – кутова швидкість ведучого шківа варіатора; ?2 – кутова швидкість веденого шківа варіатора; ? – швидкість ММА

Забезпечення нормальних умов навантаження пасу і необхідних тяглово-динамічних характеристик машинного агрегату можливо, настроюванням параметрів варіатора відповідно характеристикам силового агрегату, у частині вибору частот обертання, тому необхідне комбіноване настроювання відцентрового натискного механізму ведучого шківа по максимальному обертаючому моменту, а пружини закручування веденого шківа по максимальній потужності.

Узгодження передбачає визначений момент включення ведучого шківа варіатора як муфти зчеплення і закінчення буксування пасу при максимальних навантаженнях на гаку, що відповідають Mmax двигуна, з визначеною робочою швидкістю. Номінальна потужність двигуна реалізується при роботі варіатора в перехідному режимі від iвар.max до iвар.min, а максимальна потужність – при максимальній транспортній швидкості.

У третьому розділі обґрунтовано експериментальний малогабаритний машинний агрегат особливо малого класу, представлений на рис. 6.

Для перевірки погодженості параметрів варіатора і двигуна проводилися додаткові експерименти, з яких видно як змінюються кутові швидкості ведучого і веденого валів варіатора, діаметр ведучого шківа і сила тяги (рис. 4).

Чітко проглядається робота варіатора в режимі муфти зчеплення (ділянка 1), як клинопасової передачі (ділянка 2), перебудова АКВ із максимального передаточного числа на мінімальне (ділянка 3), сталий режим (ділянка 4).

Отримані результати дозволили зробити висновок про працездатність цієї системи.

Рис. 4. Графік обробки осцилограми при ?=30°, m=1100 кг, f=0.18:

d – діаметр, на який виходить пас на ведучому шківі варіатора

У рамках лабораторних досліджень визначалися масові і геометричні параметри ЕММА.

У даному розділі обґрунтовано вибір плану багатофакторного експерименту. На початковому етапі підбиралися фактори, що обумовлюють тяглові показники і не впливають один на одного.

Проаналізувавши фактори, що впливають на тяглову здатність ЕММА, були обрані три фактори і їх варіювання з наступних міркувань:

Х1 () – мінімальне відкриття дросельної заслінки карбюратора двигуна приймалося рівним 30°, що відповідає номінальній потужності силового агрегату, а максимальне відкриття дросельної заслінки – максимальній потужності двигуна (90°);

Х2 (m) – мінімальна вага вантажу, що агрегатується, дорівнювала вазі причепа (210 кг), а максимальна вага вантажу для даного класу тракторів дорівнює 1100 кг;

Х3 (f) – ґрунтове тло відповідно ГОСТ 7057-81 асфальтоване шосе з коефіцієнтом опору перекочуванню f=0,02, поле під посів f=0,18, стерня колосових f=0,10.

Для числа факторів рівних трьом, розглядається некомпозиційний план другого порядку.

При проведенні тяглових іспитів фіксувалися наступні значення:

1) сила тяги на гаку;

2) частота обертання ведучого вала варіатора;

3) частота обертання веденого вала варіатора;

4) переміщення пасу варіатора;

5) витрати палива;

6) тривалість досліду.

Таблиця 1

Рівні перемінних і інтервали варіювання факторів

Фактори | Рівні перемінних | Інтервали | Розмірність

-1 (-) | 0 | +1 (+)

x1= | 30 | 60 | 90 | 30 | град

x2=m | 210 | 655 | 1100 | 445 | кг

x3=f | 0,02 | 0,10 | 0,18 | 0,08

Реалізація плану експерименту дозволила одержати такі рівняння регресії математичної моделі, адекватної при 5% рівні значимості:

для сили тяги

YFm=661,0+4,625X1+440,875X2+530,75X3+2,0X1X2+2,75X1X3+

+353,75X2X3+2,0X32, (11)

для годинних витрат палива

YGm=1,0267+0,263X1+0,6834X2+0,41X3+0,1619X1X2+0,17X1X3+0,23X2X3+

+0,2007X12+0,3007X22+0,0726X32, (12)

Аналіз закономірностей впливу факторів, які варіюються, на тяглову здатність агрегату і витрати палива, здійснюється вивченням парних взаємодій двох факторів з фіксацією третього на постійному рівні. Цей аналіз можна зробити за допомогою сімейства кривих двомірних перетинів поверхні відгуку або в тримірному просторі площинами, що дозволяють судити про зміну величини досліджуваної функції в залежності від прийнятих факторів. Сполучення поверхонь відгуків сили тяги і годинних витрат палива (рис. 5) дозволяє на перетинанні кривих визначити годинні витрати палива при відповідній силі тяги.

а б

Рис. 5. Сполучення поверхонь відгуків сили тяги і годинних витрат палива при ступені відкриття дросельної заслінки на 30?.

При мінімальних годинних витратах палива Gmmin=0,74 кг/год сила тяги складе Fm=220 Н, а при максимальній силі тяги Fmmax=1747 Н – Gm=2,07кг/год

У четвертому розділі приведена методика розрахунку параметрів ММА і порівняльна техніко-економічна оцінка ММА з машиною, яка серійно випускається, (табл. 2).

Таблиця 2

Техніко-економічна оцінка ММА і Т-10

Показники |

ММА |

Т-10 | Відсоток підвищення, зниження

Продуктивність при згрібанні гною, т/год

Підвищення продуктивності, проц.

Годинні витрати палива, кг/год

Зниження витрат палива, проц. | 23

1,2 |

16

1,5 |

31

20

Продуктивність при транспортуванні гною, т/год

Підвищення продуктивності, проц.

Годинні витрати палива, кг/год

Зниження витрат палива, проц. | 4,7

0,9 | 3,4

1,2 |

28

17

При використанні ММА на фермі ВРХ із поголів'ям 200 голів річна економія палива складе 867 кг, коштів 1314 грн, при ціні палива 1 грн. 50 коп. за 1 л А-76.

с пристроєм для видалення гною з плугом

малогабаритний машинний агрегат

мотоблок мотоблок з причепом ММА з бульдозерною лопатою

Рис. 6. Варіанти використання ММА у фермерському господарстві

ВИСНОВКИ

1. Аналіз сільськогосподарського виробництва України на сучасному етапі показує, що кількість фермерських господарств з 2001 по 2002 роки виросла на 2,1 тисячу і склала 43 тисячі і продовжує рости, а випуск енергетичних засобів потужністю до 20 л.с. всього 0,8% від загальної кількості, тому необхідна розробка універсальних малогабаритних машинних агрегатів, які дозволять механізувати технологічні процеси в рослинництві і тваринництві.

2. На підставі огляду енергетичних засобів, умов їх експлуатації, сформульовані вимоги до трансмісій, які визначають необхідність використання в них автоматичних безступінчастих передач, що підвищує використання потужності двигуна без розриву потоку потужності.

3. Найбільш простою, що знайшла використання в трансмісіях мобільних машин малої потужності, автоматичною безступінчастою передачею є автоматичний клинопасовий варіатор.

4. Трансмісія малогабаритного машинного агрегату з автоматичним клинопасовим варіатором і програмованими натискними пристроями ведучих і ведених шківів, що реагують на частоту обертання колінчатого вала двигуна і опір руху, створює систему "ДВЗ – трансмісія – робочі органи" з повним використанням потужності двигуна і можливостей трансмісії.

5. Дослідження процесу руху ММА з автоматичною безступінчастою трансмісією дає можливість представити його у вигляді двохмасової моделі, запропонувати рівняння потужностей ведучої і веденої систем і його рішення з визначенням втрат у АКВ.

6. Методика теоретичного узгодження параметрів автоматичного клинопасового варіатора з характеристиками двигуна в різних умовах експлуатації підтверджена результатами експерименту, розходження з теоретичними кутовими швидкостями складає уmaxщ1=15.7%, уср.щ1=7,7%, уmaxщ2=14.3%, уср.щ2=9,5%, що при інженерних розрахунках допустимо. Експериментальна перевірка по ККД на різних режимах показала, що коефіцієнт корисної дії АКВ складає 0,96 в кінці періоду розгону, що відповідає вимогам, які пред'являються для цього типу передач.

7. Використання в трансмісії малогабаритного машинного агрегату АКВ, що виконує і функції зчеплення зменшує кількість органів керування з 3-х до 2-х, це спрощує керування процесом початку руху і зміни швидкості руху.

8. Дії оператора незначно впливають на режим роботи системи "двигун – трансмісія" при початку руху і розгоні машинного агрегату. Процес може відбуватись швидше або повільніше, але перебудова варіатора залежить від кутової швидкості колінчатого вала двигуна і опору рухові, тому не треба високої кваліфікації оператора.

9. Використання математичних моделей тяглової здатності і витрат палива, що описують вплив ступіні відкриття дросельної заслінки карбюратора, навантаження на гаку і фону дозволяє прогнозувати ці характеристики ММА при різних умовах експлуатації.

10. Продуктивність ММА з автоматичною безступінчастою трансмісією при роботі з бульдозерною лопатою при очищенні вигульних майданчиків від гною на 31% вище, ніж серійного Т-10 з ступінчастою коробкою передач, при цьому витрати палива на 20% менші. При виконанні робіт по транспортуванню гною від вигульних майданчиків до місць складування продуктивність ММА на 28% вище, ніж трактора Т-10, витрати палива на 17% менші.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Паніна В.В. Обґрунтування параметрів малогабаритного трактора. – Техника в сельскохозяйственном производстве. Труды/ Таврическая Государственная агротехническая акдемия. – вып. 1 – Т. 4. – Мелитополь: ТГАТА. 1998. – С.120-122.

2. Карташов С.Г., Паніна В.В. Оптимізація роботи силового агрегату і трансмісії мало габаритного енергозасобу. Праці/Таврійська державна агротехнічна академія. – Вип.2, Т.13. – Мелітополь: ТДАТА, 1999. – С.35-38.

(здобувач розкрив, як можливо узгодити параметри варіатора з характеристиками двигуна).

3. Паніна В.В. Випробування малогабаритного енергетичного засобу з автоматичною плавнорегульованою трансмісією. Праці/Таврійська державна агротехнічна академія. – Вип.1, Т.15. – Мелітополь: ТДАТА, 2000. – С.172-174.

4. Паніна В.В. Автоматичний клинопасовий варіатор як спосіб оптимізації системи “силовий агрегат – трансмісія” міні-трактора. Праці/Таврійська державна агротехнічна академія. – Вип.2, Т.17. – Мелітополь: ТДАТА, 2001. – С.140-144.

5. Паніна В.В. Експериментальні дослідження автоматичної безступінчастої трансмісії для малогабаритного енергетичного засобу. Праці/Таврійська державна агротехнічна академія. – Вип.2, Т.19. – Мелітополь: ТДАТА, 2001, С.75-80.

6. Панина В.В. Теоретическое определение параметров автоматической бесступенчатой трансмиссии малогабаритного энергетического средства./Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Вип. 15 “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. – Харків, 2003. – С.242-246.

7. Панина В.В. Лабораторно – полевые исследования автоматической бесступенчатой трансмиссии для малогабаритного энергетического средства. /Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Вип. 17 “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. – Харків, 2003. – С.321-323.

8. Панина В.В. Средства механизации в фермерском хозяйстве. Праці/Таврійська державна агротехнічна академія. – Вип. 17 – Мелітополь: ТДАТА, 2004. – С.114-118.

9. Деклараційний патент України №2671. Паніна В.В. Малогабаритний мобільний кормороздавач. А01К5/00, 2004. Бюл. №7.

10. Панина В.В. Обоснование выбора трансмиссии для мини-трактора./Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС. Материалы 7 Международного научно-практического семинара. – Владимир, 1999. – С.284-286.

11. Карташов С.Г., Панина В.В.. Анализ работы двигателя со ступенчатой и бесступенчатой трансмиссиями./Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС. Материалы 8 Международной научно-практической конференции. – г.Владимир, 2001. – С.158-160.

(здобувачем проаналізована сумісна робота двигуна з ступінчастою і безступінчастою трансмісіями і наведен графік роботи варіатора при різних характеристиках двигуна).

Анотація

Паніна В.В. Обґрунтування трансмісії малогабаритного машинного агрегату для фермерських господарств. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 – автомобілі та трактори. Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2005.

Дисертаційна робота присвячена обґрунтуванню трансмісії малогабаритного машинного агрегату для фермерських господарств.

Розроблена схема розрахунку енергетичних і кінематичних параметрів ММА.

Наведені результати теоретичних досліджень динамічних моделей машинних агрегатів у вигляді рівняння руху для ведучої і веденої систем. Отримано рівняння втрати потужності в автоматичному клинопасовому варіаторі при розгоні до сталого режиму руху.

Визначені математичні моделі сили тяги і годинних витрат палива ММА з автоматичною безступінчастою трансмісією.

Приведені результати експериментальних порівняльних досліджень розробленого ММА і серійного трактора Т-10.

Економічними розрахунками доведена доцільність застосування ММА з автоматичним клинопасовим варіатором для фермерських господарств.

Ключові слова: фермерське господарство, малогабаритний машинний агрегат, автоматична безступінчаста трансмісія, сільськогосподарське знаряддя, клинопасовий варіатор.

Аннотация

Панина В.В. Обоснование трансмиссии малогабаритного машинного агрегата для фермерских хозяйств. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 – автомобили и трактори. Харьковский национальный автомобильно-дорожний университет, Харьков, 2005.

Диссертационная работа посвящена обоснованию трансмиссии для малогабаритного машинного агрегата для фермерских хозяйств.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования. Дана общая характеристика работы.

В первом разделе приводится анализ существующих средств механизации с шлейфом сельскохозяйственных орудий для фермерских хозяйств. Найдено решение улучшения тягово-динамических и эксплуатационных показателей ММА.

Во втором разделе разработана схема расчета энергетических и кинематических параметров ММА с целью минимизации расхода топлива, повышения динамических качеств, более полного использования характеристик силового агрегата и трансмиссии.

Проанализированы теоретические исследования динамических моделей машинных агрегатов в виде уравнений движения для ведущей и ведомой систем. Получено уравнение потерь мощности в автоматическом клиноременном вариаторе при разгоне ММА до установившегося движения.

Эксперименты по согласованности работы системы “двигатель - трансмиссия”, реагирования ее на изменяющиеся условия работы позволили дать заключение о работоспособности данной системы.

В третьем разделе определены математические модели силы тяги и часового расхода топлива ММА с автоматической бесступенчатой трансмиссией.

Приведены результаты экспериментальных сравнительных исследований ММА и серийного трактора Т-10.

Экономическими расчетами доказана целесообразность использования ММА с автоматическим клиноременным вариатором для фермерских хозяйств.

Разработана методика расчета ММА с автоматической бесступенчатой трансмиссией.

Ключевые слова: фермерское хозяйство, малогабаритный машинный агрегат, автоматическая бесступенчатая трансмиссия, сельскохозяйственные орудия, клиноременный вариатор.

Summary

Panina V. Substantiation of the transmission small-sized machine unit for farms. – Manuscript.

Dissertation for defense candidate for technical science on the specialty of 05.22.02 - automobiles and tractors. Kharkov national automobile-way university, Kharkov, 2005.

The dissertation work is devoted to the substantiation transmission of the small-sized machine unit for farms.

In the introduction the theme urgency is substantiated the research purpose and problems are formulated. Work general characteristic is given.

In the first section the analysis of mechanization existing means with farm instruments train for farms is set. The decision on SSM draft-dynamic and operation indices improvement is defined.

In the second section calculation scheme of SSM power and kinematical parameters is developed to minimize fuel expenditure, increase dynamic parameters, apply power unit and transmission characteristics more completely.

The theoretical research of the machine unit dynamic models as movement equations for driving and driven systems are analyzed. The equation of capacity losses in automatic V-belt variator at SSM momentum till set movement is obtained.

The experiments on operation concordation of the "engine – transmission" system, its responding to operation varied conditions have enabled to given system operating efficiency.

Application expediency of SSM with automatic V-belt variator is proved with economic calculations.

The calculation of SSM with automatic step less transmission is developed.

Key words: farm, small-sized machine unit, automatic stepless transmission, farml instruments, V-belt variator.

Підписано до друку . .2005р. Формат 145*215 (60*90/16).

Ум. друк. арк. 0,9. Тираж 100 прим. Зам. №199.

Надруковано в друкарській лабораторії ТДАТА.

Просп. Б.Хмельницького, 18, м. Мелітополь, Запорізька обл., 72312