CC BY
21
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х реализации с помощью этой программы можно получить, присвоив начальным значения составляющих случайных функций воздействия q1(n-1). Моделирование воздействия трелевочного волока при различных скоростях движения трактора достигается путем соответствующего изменения коэффициентов корреляционной связи, входящих в выражения (3) и (4). При этом шаг дискретизации моделируемого процесса также желательно изменить. Значения этих коэффициентов шага дискретизации при произвольной скорости движения V определяются по формулам
a= a1V , B=ß1V , Д= A1V
Список использованной литературы:
1. Клубничкин В.Е., Клубничкин Е.Е., Макаров В.С., Зезюлин Д.В., Беляков В.В. О проходимости лесозаготовительных машин на гусеничном ходу и агрегатных машин на их базе // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева 2016. № 4. С. 169-175.
2. Клубничкин В.Е., Клубничкин Е.Е., Макаров В.С., Зезюлин Д.В., Редкозубов А.В., Беляков В.В. Моделирование движения гусеничных машин по лесным дорогам // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева 2016. № 1. С. 171-176.
3. Клубничкин Е.Е., Клубничкин В.Е., Макаров В.С., Зезюлин Д.В., Беляков В.В. Оценочный показатель проходимости лесозаготовительных машин // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева 2016. № 4. С. 176-183.
4. Якимов И.М., Кирпичников А.П., Мокшин В.В., Мухутдинов Т.А. Обучение имитационному моделированию в пакете Simulink системы Matlab // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 5. С. 184-188.
5. Клубничкин Е.Е., Клубничкин В.Е. Применение численного метода при исследовании ходовых систем многоопорных колёсных лесотранспортных машин // Инженерный вестник 2016. № 12. С. 3.
6. Елисеев П.С. Моделирование работы современных лесозаготовительных машин с использованием инновационных компьютерных программ // В сборнике: Инженерные кадры - будущее инновационной экономики России. Материалы Всероссийской студенческой конференции: в 8 частях. 2015. С. 44-47.
© Сиркин А.С., Жуков Д.В., 2018
УДК 631.372
А.С. Сиркин
студент 4 курса МФМГТУ им. Н.Э. Баумана
г. Мытищи, РФ [email protected] Д.В. Жуков
студент 4 курса МФМГТУ им. Н.Э. Баумана
г. Мытищи, РФ [email protected] Научный руководитель: В.Е. Клубничкин конд. техн. наук, доцент МФМГТУ им. Баумана
г. Мытищи, РФ [email protected] .т
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ
Аннотация
В данной статье рассматриваем методы повышения энергонасыщенности сельскохозяйственных тракторов. Проведена исследовательская работа по повышению скоростных показателей тракторов
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х сельского хозяйства. Нами были сделаны выводы, которые позволят улучшить эффективные показатели технологических машин.
Ключевые слова
Сельскохозяйственный трактор (farm tractor), энергонасыщенность тракторов (energy saturation tractors),
рост производительности (productivity growth).
В сельском хозяйстве значительный рост производительности труда может быть достигнут путем повышения рабочих скоростей при улучшении энергонасыщенности тракторов [2, 7].
Перспективные системы машин в сельском хозяйстве, базируется на использовании энергонасыщенных тракторов. Так как тяговый класс остается неизменным, пропорционально повышению энергонасыщенности тракторов увеличиваются их рабочие скорости [1, 3].
Вместе с тем для определения скоростных машинно-тракторных агрегатов приводимые в литературе формулы не в полной мере отражает характер изменения составляющих производительности при повышении рабочей скорости движения с учетом конкретных естественно-производственных условий. Обычно длина гона оказывает влияние на производительность скоростных агрегатов только через коэффициент использования времени смены, не учитывается неустановившееся движение агрегата в начале и в конце рабочего хода, когда он движется с замедленным и ускоренным движением.
Как показали наши исследования в действительности, длина гона и неустановившееся движение оказывает существенное влияние на производительность агрегата и среднюю скорость движения.
При работе трактора на повышенных и высоких рабочих скоростях порядка 10-14 км/ч, скорость холостого хода на повороте тракторного агрегата остается практически постоянной. Как показали многочисленные исследования, оптимальное значение скорости холостого хода на повороте почвообрабатывающих и посевных агрегатов не превышает 6-7 км/ч. Поэтому для перехода с холостого хода на рабочий режим и обратно тракторный агрегат должен двигаться на определенном участке рабочего пути с меньшей скоростью, что приводит к снижению производительности. С учетом этого для скоростных агрегатов необходимо, кроме рабочей скорости движения, соответствующей определенной нагрузке двигателя и определяемой по формуле:
VR = Vt(1-S)
где Vt - теоретическая скорость движения трактора;
S - коэффициент буксования ведущих колес, различать еще действительную скорость движения агрегата по длине гона на определенном производственном участке, которая учитывает неустановившееся движение в начале и конце рабочего хода (разгон и замедленное движение).
В таком случае действительная скорость может быть определена как отношение длины гона Lg и времени одного рабочего хода tp : (1)
Lg
V = —
vp f
lR
но
tp = tR + tRAZ + tT
в
_ Lg — (lg + lp)
tR = V
"r
где tR - время установившегося движения агрегата на рабочем ходу;
lg - путь ускоренного движения в начале гона;
1р - путь замедленного движения агрегата перед поворотом
tRAZ - время ускоренного движения агрегата при разгоне.
tT - время замедленного движения перед поворотом.
Подставляя значение времени одного рабочего хода в формулу (1), получим
Vr
Vn =-—---., . , ,, = EV„
'p
■ , Vr
1 + tr
La
(tRAZ + tT) - ( a ■+ p
где £ - коэффициент использования рабочей скорости движения.
Таким образом, с учетом неустановившегося движения агрегата в начале и в конце рабочего хода производительность определяется по формуле
Шд = 0.1ЬгУрт
Заменяя действительную скорость через рабочую, которую в свою очередь выразим через коэффициент использования мощности и номинальную мощность двигателя, получим
ККР • N2 Шд = дтЬг—--£Г]тт
РКР
При работе двигателя на регуляторной ветви, учитывая прямолинейность изменения момента двигателя от числа оборотов коленчатого вала, коэффициент использования эффективной мощности можно выразить через коэффициент эксплуатационной загрузки двигателя, т.е.
ккр = кз[кз — кх(кз — 1)]>
тогда
% = дтЬ^-Кз[Кз;1х(Кз-1) Щтг,
где Р^р - тяговое усилие трактора на крюке, Н;
Ьг - рабочая ширина сельскохозяйственной машины, м;
т - коэффициент использования времени смены;
К3 - коэффициент эксплуатационной загрузки двигателя;
Кх - отношение числа оборотов двигателя на холостом ходу к номинальным;
]т - тяговый к.п.д. трактора.
Следовательно, с повышением энергонасыщенности трактора при сохранении его тягового класса постоянным характером изменения ее составляющих: коэффициента использования рабочей скорости £, тягового к.п.д. трактора ]т и коэффициента использования времени смены т.
Коэффициент использования рабочей скорости движения определяется длиной пути и временем, замедленного и ускоренного движения в начале и конце рабочего хода агрегата и длиной гона. Обычно в практике разгон производят с одновременным форсированием оборотов двигателя за счет изменения скоростного режима регулятора. В этом случае управление моментов имеет вид
Md = Ma+Ja
йЬ
где М0 - значение крутящего момента двигателя, Нм;
МА - приведенный момент сопротивление тракторного агрегата, Нм;
] а - приведенный момент инерции ведомой части агрегата, кгм • сек2;
йШг
- угловое ускорение первичного вала трансмиссии. После соответствующих преобразований для трактора постоянной энергонасыщенности получим
гкШ) Р _ л т/2
К
А
tRAZ 0.10д(1 - Кх)М%п%[К3 - КХ(К3 - 1)]gVM ApVp
1р = -рУрР
Для агрегатов с трактором переменной энергонасыщенности, у которых пропорционально повышению мощности двигателя увеличивается рабочая скорость, длина пути и время разгона определяется по формуле
- , _ЕМ у 1А + 9^Ы)]т
**as P{b(1-Kx)gr,MV* A'pVp
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х
А'р *
ip = -fvf
где Ga - вес агрегата, кг;
Уд - приведенный к оси ведущих колес момент вращающихся деталей ведомой части агрегата, кгм*сек2
гк -радиус качения ведущих колес, м;
Mjj - номинальный момент двигателя, Нм;
п^ - номинальное число оборотов коленчатого вала двигателя, об/мин;
РНр - тяговое усилие трактора, соответствующее номинальному моменту;
r/j - условный тяговый к.п.д. трактора при = 1;
Цм - механический к.п.д. трансмиссии трактора;
Цб - к.п.д. буксования ведущих колес трактора.
Таким образом, на величину длины пути разгона и времени большое влияние оказывает рабочая скорость движения и коэффициент эксплуатационной загрузки двигателя [4, 5, 6].
При определении длины пути и времени замедленного движения наибольший интерес представляет общий случай остановки агрегата с отключенным двигателем, так как при этом на показателях замедление не сказываются индивидуальные способности тракториста.
Максимально возможное замедление, путь и время замедленного движения перед остановкой можно определить из уравнения моментов
dtät .я ж ^
]'А-^ + МА = ° .
После соответствующих преобразований получим:
У в\ сц + д—) Чм
tr =-о—тг7-;-г^--Vp = ATVp
т n mcf __и (и__р т р
0А05КхМ*п»[К3 - КХ(К3 - 1)]дЛъ
1
2 Ур •
Заменяя приведенный момент сопротивления МА через тяговое усилие, получим для трактора переменной энергонасыщенности параметры торможения:
\ rk / , = и рн • n VP = ArVp ' кр 1 kp Я
са + 9—Т)ЦмЦг _[к_
К Рн "кр 1 кр
где ККр - коэффициент использования тягового усилия.
Как показывают полученные формулы, по закону равнозамедленного движения агрегат с отключенным двигателем на определенной передаче снижает скорость.
На рисунке 1 представлен график времени и длины пути замедленного движения колесного трактора, класса 1,4 т, энергонасыщенностью 15,2 л.с./т в агрегате с культиватором КПГ - 4 до полной остановки при К3 — 0,90. Значительное увеличение длины пути замедления и времени с ростом рабочей скорости объясняется тем, что тяговое усилие трактора уменьшается вместе с уменьшением передаточного числа при постоянном коэффициенте загрузки двигателя.
При замедленном движении агрегата с трактором постоянной энергонасыщенности, у которого скорость увеличивается за счет переключения передач с уменьшением тягового усилия, замедление с увеличением рабочей скорости повышается за счет энергонасыщенности при постоянном тяговом усилии, замедлении от рабочей скорости практически не зависит.
Таким образом, приведенные данные показывают, что на время и длину пути замедленного и ускоренного движений существенное влияние оказывает рабочая скорость движения, тяговое усилие трактора и коэффициент загрузки двигателя, что необходимо учитывать при расчете производительности
скоростных агрегатов.
1.0 2,0
Рисунок 1 - График времени и длины пути замедленного движения колесного трактора, класса 1,4
Для определения влияния скорости движения на тяговый к.п.д. трактора и его составляющие были проведены специальные опыты с энергонасыщенным колесным трактором МТЗ-80 в агрегате с сельскохозяйственными машинами.
При анализе изменения тягового к.п.д. трактора с увеличением скорости движения определялись коэффициенты вариации тягового усилия и ведущего момента на ведущих полуосях трактора. Оба коэффициента с увеличением рабочей скорости движения значительно возрастают при работе трактора с различными сельскохозяйственными машинами как на стерне, так и на поле, подготовленном под посев. Необходимо также отметить, что темп роста коэффициента вариации тягового усилия, особенно для агрегатов, работающих на стерне. Для трактора МТЗ-80 с сеялкой СВП-24 коэффициент Уд возрастает при повышении рабочей скорости до 11 км/ч, а затем снижается. На бороновании темп роста этого коэффициента наблюдается на более высокой скорости, около 14,5 км/ч.
Момент снижения Уд для энергоемких агрегатов (культивация, лущение) не был установлен из-за сравнительно невысокой рабочей скорости движения ввиду ограниченной энергонасыщенности исследуемого трактора.
Анализ экспериментальных данных показал, что изменение буксования и в целом к.п.д. трактора с увеличением скорости движения определялись темпом роста коэффициента неравномерности ведущего момента Уд и абсолютной величиной. В тех случаях, когда этот коэффициент имел небольшое значение и практически был постоянным, при увеличении рабочей скорости к.п.д. буксования увеличивался, что при постоянном значении к.п.д сопротивления перекатывания обеспечивало повышение тягового к.п.д трактора.
В остальном при росте рабочей скорости движения буксование увеличивалось, а тяговый к.п.д. трактора снижался. Рост буксования в этом случае вызван увеличением ударной нагрузки на почву из-за увеличения неравномерности касательной силы тяги.
Таким образом, проведенные исследования показали, что буксование ведущих колес трактора с повышением скорости движения может как увеличиваться, так и уменьшаться.
Степень использования времени смены оказывает большое значение на производительность агрегатов. Проведенные сравнительные испытания почвообрабатывающих и посевных агрегатов с тракторами разной энергонасыщенности показывают, что продолжительность одного поворота с
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х повышенной рабочей скорости движения уменьшиться, а затем остается практически постоянной.
Время остановок агрегата по техническим причинам и из-за нарушения технологического процесса с увеличением рабочей скорости движения увеличивается, а относительное время остановок, приходящееся на единицу обработанной площади, практически остается постоянным. Так, для посевного агрегата при повышении скорости движения с 6,4 км/ч до 10,5 км/ч относительное время остановок из-за поломок увеличивается всего на 10%, а для пахотного агрегата при повышении скорости движения с 5,8 км/ч до 9,1 км/ч на 12%. Относительное время остановок из-за нарушения технологического процесса с повышением скорости несколько снижается. На посеве для того же интервала скоростей это снижение составляло 8%, а на пахоте соответственно - 5%. Аналогичные данные получены на остальных операциях.
Таким образом, исследования показывают, что рост производительности отстает от повышения рабочих скоростей машинно-тракторных агрегатов, а следовательно, и от энергонасыщенности трактора. В таблице 1 приведены данные исследуемых почвообрабатывающих и посевных агрегатов с колесным трактором тягового класса 1,4 т равной энергонасыщенности.
При повышении рабочих скоростей особенно заметное снижение темпа роста производительности происходит при работе агрегатов на участках с малой длиной гона. В таблице 2 приведены данные для посевного агрегата при работе на производственных участках с длиной гона 730 м и 250 м.
Таблица 1
Энергонасыщенность Производительность
ДаСа % Пахота ПНС-3-30 Посев Культивация Лущение
Т СЗП-24 КПГ-4 ЛД-5
Га % Га % Га % Га %
час час час час
15,2 100 0,550 100 1,336 100 1,500 100 2,58 100
19,3 127 0,600 109 1,640 123 1,725 115 3,16 122
25,2 166 0,675 123 1,930 145 2,200 147 3,60 140
Таблица 2
Скорость движения Производительность
км/ч % Длина гона 730 м Длина гона 250 м
Га/час % Га/час %
6,30 100 1,34 100 1,26 100
8,10 129 1,70 127 1,56 124
10,4 166 1,95 145 1,72 136
Для получения наибольшего производственного эффекта при использовании энергонасыщенных тракторов на повышенных и высоких скоростях необходимо:
1. Свести к минимуму остановки по различным причинам в процессе рабочего хода.
2. Выбрать наиболее рациональные схемы движения агрегата.
3. Планировать работу тракторных агрегатов на ровных участках с большой длиной.
4. Улучшить организацию машиноиспользования за счет рационального агрегатирования и сокращения затрат времени на выполнение технологических процессов.
Список использованной литературы:
1. Самсонов В.А., Лачуга Ю.Ф. Расчет оптимальных значений мощности и энергонасыщенности сельскохозяйственного трактора // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 7. С. 25-31.
2. Кутьков Г.М. Энергонасыщенность и классификация тракторов // Тракторы и сельхозмашины. 2009. № 5. С. 11-14.
3. Клубничкин Е.Е., Клубничкин В.Е., Шняков А.В.Оценка оптимальной величины крюковой нагрузки машинотракторного агрегата. // Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции. Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. № 2-2 (7-2). С. 224-228.
4. Беляков В.В., Беляев А.М., Береснев П.О., Бушуева М.Е., Зезюлин Д.В., Колотилин В.Е., Клубничкин Е.Е., Клубничкин В.Е., Кострова З.А., Макаров В.С., Михеев А.В., Порубов Д.М., Филатов В.И. Критерии оценки качества транспортно-технологических машин // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2016. №4. С. 144-184.
5. Костюченко В.И. Удельное тяговое усилие колесного трактора, оптимальное по тяговому КПД // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2011.№ 31 (258). С. 49-53.
6. Тавасиев Р.М., Козаев Т.С., Цаллагов Т.Т., Туаев А.Г. Экспериментальное определение тягового усилия трактора // В сборнике: Перспективы развития АПК в современных условиях. Материалы 7-й Международной научно-практической конференции. 2017. С. 278-280.
7. Самсонов В.А., Лачуга Ю.Ф. Оптимальная энергонасыщенность сельскохозяйственного трактора // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 11. С. 13-16.
© Сиркин А.С., Жуков Д.В., 2018
УДК 004.67
Толстунов Владимир Андреевич
канд. техн. наук КемГУ, г. Кемерово, РФ E-mail: [email protected]
СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР С ОБОБЩЕННЫМ ГАУССОВСКИМ ВЕСОМ
Аннотация
Сравниваются два алгоритма сглаживающего фильтра с гауссовскими весовыми множителями. Приведены результаты цифрового моделирования работы данных фильтров в случае, когда мешающий шум является суммой гауссовских и импульсных помех. Результаты моделирования данных фильтров сравниваются с работой традиционного медианного фильтра.
Ключевые слова
Сглаживающий фильтр, мешающий шум, погрешность фильтрации, цифровое моделирование.
Задача восстановления сигналов, искаженных различными помехами, представляет интерес для широкого круга специалистов. Для решения этой задачи предложено много алгоритмов фильтрации [1, 2, 3]. Среди этих алгоритмов широкое применение находят различные усредняющие фильтры Как правило, весовые коэффициенты усредняющих фильтров являются константами, которые образуют фильтрующую маску. Такие фильтры достаточно хорошо удаляют импульсный шум малой интенсивности. Исследования показали [3], что при удалении импульсного шума существенно лучшие результаты показывают фильтры, весовые коэффициенты которых зависят от отсчетов входного сигнала. В этом случае общую модель сглаживающего фильтра для обработки изображений можно представить в виде
Zk+(m-1)/2 ^l+(n-1)/2 .
_ i=k-(m-1)/ 2 Z j=l-(n-1)/2 f ( ij ) ij Ук1 = ^k+(m-1)/2 ^l+(n-1)/2 ~ ~ , (1)
Zi=k-(m-1)/2 Zj=l-(n-1)/2 f ( ij )
где Xj - отсчеты входного сигнала, yki - отсчеты сигнала на выходе фильтра, f (Xj) -непрерывная, однозначная, нелинейная функция, m X n - размер апертуры фильтра. В частности, если f (x) = exp(-ax ) , а > 0, то из (1) получаем алгоритм сглаживающего фильтра с гауссовским весом.
