Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
15
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
ПИСАРЕНКО Анатолій Євменович
СИНТЕЗ МОБІЛЬНИХ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ
МАШИН БЛОЧНО-МОДУЛЬНОЇ ПОБУДОВИ ДЛЯ
МЕХАНІЗАЦІЇ ТВАРИННИЦТВА ТА ОВОЧІВНИЦТВА
сільськогосподарського виробництва
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
ХАРКІВ - 2001
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі "Трактори та автомобілі" Харківського державного технічного університету сільського господарства (ХДТУСГ).
Науковий керівник: доктор технічних наук
Євтенко Віталій Григорович,
Національний науковий центр
"Інститут механізації та електрифікації
сільського господарства",
Українська академія аграрних наук,
замісник директора
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Федосов Олександр Сергійович,
Сумський державний аграрний університет,
завідувач кафедрою "Основи проектування"
кандидат технічних наук
Третяк Віктор Михайлович,
виконавча дирекція асоціації "Укртрактор",
головний спеціаліст по конструкції
Провідна організація: Таврійська державна агротехнічна академія,
Міністерство аграрної політики України
Захист дисертації відбудеться 29.06.2001 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.832.01 Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема,44
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці ХДТУСГ за адресою: м. Харків, вул. Артема, 44
Автореферат розісланий 28.05.2001 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Т.С. Скобло
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Сьогодні на Україні по даним лабораторій мобільної енергетики та овочівництва ІМЕСГ УААН в тваринництві і рослинництві має перевагу ручна праця. Так, по Київській області при вирощуванні озимої пшениці, гороха, ячменю витрати ручної праці складають 49-57%, а картоплі і овочів 85-90%. Такий же низький рівень механізації робіт і в тваринництві. Більша частина технологічних процесів в цих галузях є малоенергомісткі операції потужністю до 18 кВт, які можуть бути виконані за допомогою енергозасобів (ЕЗ) класу 6кН. З вітчизняної техніки до цього класу машин відносяться трактори типу Т-25Ф та шасі Т-16МГ. Однак, тракторний парк України налічує таких ЕЗ лише біля 10%.
В розвинутих країнах, таких як США, Німеччина, Італія та інших найбільша доля машин тракторного парку, котрі використовуються для механізації згаданих робіт в фермерських господарствах, приходиться на трактори потужністю 20-45 к.с. (кл. 6-9кН) і складає 22-25%, що в 2,5 разів більше ніж на Україні.
Використання більш потужних та важких ЕЗ, наприклад, в сільському господарстві веде до порушення агротехнічних вимог, значних витрат паливно-мастильних матеріалів, ущільнення грунту і зниження його родючості та інше.
Аналіз, як сільського, так і дорожнього та комунального господарств і будівництва показує, що там значна частина парку машин являється спеціальною технікою і не використовується більшу частину року, в той час, як перспективним напрямком розвитку машинобудування являється універсалізація.
Разом з цим, слід зауважити, що з підвищенням універсальності конструкція створюваних машин ускладнюється, бо в зв‘язку з вимогами сучасних технологій мобільні енергозасоби (МЕЗ) повинні бути обладнані, наприклад, двухшвидкістними валами відбору потужності (ВВП), вантажними площадками, активними робочими органами і таке інше. Це пов‘язано з підвищенням вартості машин та доцільністю їх виготовлення. Однак, науковий підхід до розроблення нової техніки, що досліджується в даній роботі, та досвід створення машин для військово-промислового комплексу показує, що вартість машин можна значно зменшити, застосовуючи при проектуванні модульний принцип конструювання, створюючи з допомогою методів стандартизації та уніфікації конструктивні елементи (КЕ) МЕЗ, як технічні системи (), в вигляді блоків, модулів, енергетичних (ЕМ) та технологічних (ТМ) різного рівня складності.
Всі ці обставини зазначають на актуальність подальших досліджень по розвитку модульного принципу конструювання та спонукають до виконання робіт, спрямованих на створення в Україні більш сучасних і універсальних ЕЗ кл. 6-9кН та енерго-технологічних агрегатів (ЕТА) на їх базі в вигляді самохідних сільськогосподарських машин.
Зв‘язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація спрямована на реалізацію Державної програми виробництва технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу на 1998-2005 роки (розділ 3), розробленої згідно з постановою Кабінету Міністрів України від 1 грудня 1997 р. №1341 "Про розвиток сільськогосподарського машинобудування та забезпечення агропромислового комплексу конкурентноспроможною технікою".
Мета дисертаційної роботи: підвищення ефективності виробництва, збільшення продуктивності та полегшення праці в сільському, як колективному, так і фермерському, господарстві за рахунок використання комплексів сільськогосподарських машин на базі створюваних мобільних енергозасобів модульного типу.
Об‘єкт дослідження. Сільськогосподарські машини у вигляді першочергових МЕЗ модульного типу на базі вузлів самохідного шасі Т-16МГ (енергомодуль двовісний для тваринництва, енергомодуль одновісний для овочівництва, автомобіль-трактор, гідропіднімач), а також КД модернізованого варіанта конструкції одновісного засоба енергомодульного ЗЕМ-30 для тваринництва та овочівництва на базі трактора ТЛ-30.
Предмет дослідження. Синтез мобільних сільськогосподарських машин блочно-модульної побудови для механізації тваринництва та овочівництва.
Методика виконання дослідження. Теоретичні і експериментальні дослідження виконувались із застосуванням як стандартних, так і спеціально розроблених методик. В теоретичних дослідженнях використовувалися методи графів та кінцевих елементів (МКЕ) і вищої математики для цифрового рішення диференційних рівнянь та методи аналітичної механіки, теорії автомобіля і трактора. При теоретичних дослідженнях та обробці експериментальних даних застосовувалася електронно-обчислювальна техніка. При цьому, спочатку за допомогою спеціально розроблених методик та шляхом аналізу конструкції були досліджені етапи складання першочергових ЕЗ, завдяки результатам досліджень яких була розроблена галузева класифікація КЕ сільськогосподарських машин та математичні моделі синтезу першочергових МЕЗ.
Далі були розроблені операційно-технологічні графи процесів складання першочергових ЕЗ, із яких визначено, що одним із головних КЕ машини є рама несучої системи. В зв‘язку з цим, а також приймаючи до уваги можливість агрегатування ЕЗ з ТМ як своєю передньою, так і задньою частинами, що супроводжується перерозподілом внутрішнього напруження в КЕ несучої системи, була розроблена просторова конструкція рами, яка стала базою для створення універсального засобу енергетичного модульного ЗЕМ-30.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в проведені комплексного дослідження систем ЕМ та ТМ в складі ЕТА. В детальному вигляді до наукової новизни відносяться: розроблення класифікації конструктивних елементів та технічних систем енерго-технологічних комплексів в галузі сільськогосподарського машинобудування; розробка методики аналізу конструкцій машин за допомогою операційно-технологічних графів, методики та математичних моделей синтезу ЕТА і комплексів машин, як складних ; вдосконалення методики визначення рівня універсальності мобільних енергозасобів; обґрунтування доцільності застосування, з необхідними розрахунками методом кінцевих елементів, варіанта конструкції просторової рами для одновісного МЕЗ.
Практичне значення отриманих результатів. В проведених дослідженнях показана можливість поетапного створення сільськогосподарських машин в вигляді МЕЗ кл.6-9кН модульного типу шляхом виготовлення першочергових ЕТА на базі серійних вузлів шасі Т-16МГ з послідуючою модернізацією. Виготовлений в/ч А-1659 (м.Харків) дослідний зразок МЕЗ для механізації робіт в тваринництві, витримавший міжвідомчі приймальні випробування, з січня 1995 р. працює з бульдозером, кормороздавачем та грейферним навантажувачем в колгоспі "Дружба" Червонокутського району Харківської області. Перші зразки пройшовшого державні випробування гідропіднімача, виготовлені в/ч А-0910 (м.Харків) на базі шасі Т-16МГ і призначені для підняття оператора на висоту до 12м та використання в комунальній, лісній, будівельній та інших галузях народного господарства, працюють на підприємствах АТ "Автрамат", ХЗТСШ, дослідно-експериментальному механічному заводі м.Верхнєдніпровськ Дніпро-петровської області та інших.
Держпатентом України №20148А UA 6В62D 21/02 захищена конструкція МЕЗ з несучою системою і просторовою рамою, розроблених для одновісного ЕМ, призначеного для механізації робіт в овочівництві, дослідний зразок варіанта конструкції якого, виготовлений в/ч А-1569 (м.Харків), пройшов заводські випробування.
Розроблені математичні моделі синтезу ЕЗ, ЕТА, комплексів машин і галузева класифікація КЕ та дозволяють з допомогою операційно-технологічних графів та обчислювальної техніки конструювати (формувати) різноманітну, більш надійну, ніж розроблену традиційним методом, модульну сільськогосподарську техніку за значно коротший час та менші кошти.
Особистий внесок здобувача. Він складається з участі в постановці задач досліджень, розробці запропонованих в роботі методик, галузевої класифікації КЕ та , математичних моделей синтезу досліджуваних МЕЗ, виконанні розрахунків та участі в аналізі їх результатів. Більш повно особистий внесок автора в кожній публікації вказаний у списку опублікованих праць за темою дисертації
Апробація результатів. Основні положення досліджень та хід розробок дослідних зразків ЕМ для тваринництва і рослинництва доповідалися та обговорювалися на наукових конференціях підприємств України "Харків – Конверсія 92" (м.Харків, 1992 р.), на Технічних радах Мінсільгосппроду та Мінмашпрому України (м.Київ, 1992-1995 р.р.), на Міжнародній конференції "MICRO CAD-98" (м.Харків, 1998 р.), на науково-технічних конференціях ХДТУСГ (м.Харків, 2000-2001 р.р.).
Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 16 друкованих працях, в числі яких 3 авторських свідоцтва та патент України. П‘ять робіт написані автором самостійно.
Обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і пропозицій, списка використованих джерел та додатків. Загальний обсяг роботи 199 сторінок, в тому числі 146 сторінок машинописного тексту, 28 таблиць, 57 малюнків, перелік літератури з 72 найменувань та 3 додатки на 30 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
В першому розділі розглянуто напрямки конструювання ЕМ та визначені тенденції розвитку МЕЗ, основною з яких є підвищення рівня універсальності шляхом розширення області використання і річного завантаження за рахунок застосування більшої кількості причіпного і навісного обладнання, та проведено аналіз компоновочних схем, конструкцій і способів універсалізації вітчизняних та зарубіжних ЕЗ.
З врахуванням результатів аналізу опублікованих праць сформульована мета роботи по підвищенню сільськогосподарського виробництва України з використанням комплексів машин для тваринництва і рослинництва, створюваних (сформованих) методом синтезу на базі універсальних мобільних ЕЗ модульного типу. Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі завдання:
а) обґрунтування для України необхідної кількості МЕЗ модульного типу класу 6-9кН;
б) обґрунтування шляху освоєння виробництва МЕЗ;
в) створення на базі шасі Т-16МГ першочергових енергозасобів для механізації робіт в тваринництві та овочівництві;
г) дослідження процесів складання експериментальних зразків першочергових ЕЗ як , внаслідок чого розроблено класифікацію рівнів складності КЕ, з яких створюються , їх математичні моделі синтезу та операційно-технологічні графи заключних процесів складання та дослідження варіантів просторових конструкцій рам одновісного МЕЗ;
д) відпрацювання конструкції більш вдосконаленого одновісного базового МЕЗ модульного типу класу 6-9кН та ЕТА на його базі;
е) допрацювання методики визначення рівня універсальності МЕЗ.
В другому розділі пропонується методика синтезу сільськогосподарських машин, а також методика вибору оптимального варіанта конструкції рами і несучої системи для універсального базового одновісного МЕЗ. При цьому, рівень універсальності машини запропоновано визначати не по застарілій формулі ВІСГОМа, а по коефіцієнтам універсальності конструкції () та універсальності застосування ():
; (1)
, (2)
де i, j – i-а ознака j-ої машини, а також загальне число ознак в цій машині; – кількісна оцінка -ої оціночної ознаки в -ій машині; к – к-ий період сільськогосподарських робіт з -ою кількістю технологічних операцій; – відповідне завантаження тракторного парку і -ої машини в к-ий період.
Далі визначено споживання Україною сільськогосподарських машин на базі модульного ЕЗ кл. 6-9кН, потреба якого складає 60-80 тис. енергомодулів в рік.
При розробці методики синтезу структур сільськогосподарських машин (схема формування показана на рис.1) виходили із того, що конструкція кожної машини складається із деякої кількості агрегатів (, , ..., ), складових одиниць (, , ..., ) і деталей (, , ..., ) різного рівня складності (табл.1). В загальному вигляді описується формулою:
, (3)
де – відповідно, кількість агрегатів , складових одиниць . деталей , які застосовувалися один раз; – відповідно кількість агрегатів , ..., , складових одиниць , ..., , деталей , ..., , які застосовувалися два і більше разів, що описується коефіцієнтами , рівними 2,…,; 2,…,; 2,…,.
Після цього, на прикладі аналізу конструкції МЕЗ для тваринництва, як , визначена з допомогою метода графів підсистема – рама, що являє собою один із основних КЕ, і з допомогою МКЕ підтверджена вірність вибраного
шляху розробки несучої системи з рамою для одновісного базового МЕЗ нової конструкції.
В рамі, як просторовій стержневій конструкції збуджуються зв‘язані гибко-повздовжньо-крутильні коливання, в зв‘язку з чим основним кінцевим елементом є прямий стержень з двома вузлами та 12 ступенями свободи (по 6 в кожному вузлі). Вектори вузлових переміщень та вузлових зовнішніх сил цього елемента для вузлів та в місцевій, зв‘язаній з стержнем, системі координат мають вигляд:
Розрахунок вимушених коливань виконувався шляхом рішення системи лінійних диференціальних рівнянь 2-го порядку
, (5)
де – глобальна матриця інерційних параметрів конструкції, так звана узгоджена матриця мас, що приведена до вузлів кінцево-елементної моделі; – глобальна матриця жорсткості, одержана на основі параметрів жорсткості стержнів; – вектор вузлових переміщень всієї конструкції, складений із векторів переміщень вузлів окремих стержнів; – вектор амплітуд зовнішніх сил, що діють в вузлах моделі.
Рішення системи (5) шукають в вигляді , що при підстановці приводить до системи лінійних алгебраїчних рівнянь вигляду
. (6)
Порядок системи (6) дорівнює числу ступенів свободи моделі. Рішення здійснюються методом квадратного корня з розбиванням системи на порції, що зберігаються на жорсткому диску ПЕВМ. По результатам розрахунку переміщень далі в вузлах кінцево-елементних моделей визначаються вузлові зусилля та напруга. Задача про вільні коливання зводиться до рішення системи однорідних диференціальних рівнянь
. (7)
Аналогічна підстановка приводить систему (7) до однорідних лінійних алгебраїчних рівнянь
. (8)
Далі в другому розділі проведено розрахунок трьох варіантів конструкції рами одновісного МЕЗ модульного типу (рис.2).
Розрахунок для 6-ти моделей (табл.2), які відрізняються конструкцією рами, а також відсутністю чи наявністю з жорстким зв‘язком переднього та гнучким – заднього прицепів. Сили ... характеризують кінематичне збудження, що передається на розрахункову модель від профілю дороги. В табл.2 хрестиками показані компоненти загальної схеми, що входять в ту чи іншу розрахункову модель. Частоти змушених коливань та амплітуди обурюючих сил визначалися на основі слідуючих міркувань. Зовнішнє навантаження змінюється по гармонічному закону. При цьому профіль дороги має синусоїдальну форму з нерівностями висотою =3,5 см і відстанню між їх максимальними значеннями =0,35; 0,7; 1,4 м, що відповідає руху ЕТА поперек поля, вздовж поля та по ґрунтовій дорозі. Амплітуди обурюючих сил та їх частоти визначалися по формулам, відповідно
; (9)
, (10)
де – жорсткість колеса; – швидкість ЕТА.
Для розглянутих моделей получені слідуючи дані. Для обурюючих сил амплітуда =19,11 кН; для сил =15,435 кН; для сил =20,51 кН; частоти збудження для =0,35; 0,7; 1,4 м, відповідно, дорівнюють 53,85; 26,95; 13,45 рад/с.
Таблиця 2
Структура розрахункових моделей ЕТА
|
Номер моделі |
Передній прицеп* |
Рами ** |
Задній прицеп |
Обурюючі сили |
|||
|
А |
Б |
1 |
2 |
3 |
|||
|
1 |
+ |
+ |
|||||
|
2 |
+ |
+ |
|||||
|
3 |
+ |
+ |
|||||
|
4 |
+ |
+ |
+ |
||||
|
5 |
+ |
+ |
+ |
||||
|
6 |
+ |
+ |
+ |
Примітка: *А – універсальне технологічне шасі; Б – грузовий прицеп; **1,2,3 – варіанти конструкції рами одновісного ЕМ
Розрахунок змушених коливань проводився при одночастотному збудженні і дії на моделі обурючих сил з вище вказаними амплітудами. Враховуючи те, що значення частот збудження є приблизними, розрахунки проводилися як для отриманих значень, так і для – більших і менших ніж отримані на 10%. По результатах розрахунків визначені амплітудні значення динамічних напружень в вузлах моделей рам і проведено їх порівняльний аналіз. який показав, що в запропонованій конструкції рами з суцільними верхніми лонжеронами та нижніми жорстко зв‘язаними з вісями коліс МЕЗ, на який видано патент України, (3-ій варіант, рис.2) напруження в силових елементах розподілені більш рівномірно і їх значення істотно нижчі, ніж в існуючих конструкціях (варіанти 1-ий та 2-ий, рис.2).
|
В третьому розділі обґрунтована доцільність застосування паралельно-послідовного метода освоєння виробництва модульних ЕЗ кл. 6-9кН в три етапи: на базі шасі Т-16МГ, модернізованої та нової конструкції, а також основних параметрів МЕЗ для тваринництва таких, як швидкість руху, вантажопідйомність, маса та розмір шин, тягове зусилля та потужність двигуна, габаритні розміри і колія, спосіб і схема повороту. Далі визначені показники роботи першочергових ЕТА в вигляді ЕМ з роздавачами грубих та рідких кормів. |
Приймаючи до уваги, що конструкція будь якого ЕЗ являє собою складну макросистему 4'-го чи 4"-го рівня складності і має багатоярусні рівні КЕ, де один і той же компонент системи, в залежності від мети декомпозиції (ділення), може виступати в ролі системи, підсистеми і елемента, синтез (формування) такої системи взаємодії КЕ можна здійснити з використанням уяви про прямий чи декартовий добуток кінцевого числа множин, що відображає складну , та зв‘язаних між собою відносинами, кваліфікуємими як формальне відображення зовнішніх зв‘язків. Це забезпечує взаємодію:
, (11)
де – упорядковані підмножини, що входять в множини A, B, C, G, відповідно, 3-го, 2-го, 1-го та 0-го рівня складності (агрегат-системи, вузли, складові одиниці, деталі); =1, 2, 3...к1; =1, 2, 3...к2; =1, 2, 3...к3; =1, 2, 3...к4.
При цьому, відношення включення означають вхідність в розглядаємі системи A, B, C, G підсистем , в які входять елементи
(12)
Виходячи із вище викладеного була розроблена класифікація КЕ та в галузі сільськогосподарської техніки (табл.1). З її допомогою та теорії графів досліджені методом аналізу та синтезу процеси складання МЕЗ для тваринництва і овочівництва, трактора-автомобіля і гідропіднімача, виготовлених на базі шасі Т-16МГ. Розроблені операційно-технологічні графи процесів складання досліджувальних ЕЗ.
Можливе подальше дослідження конструкції з диференціацією параметрів КЕ. Так, деталі 0-го рівня 1-го типу, які виготовлені з листового металу, можна розподілити на групи залежно від марки сталі, а кожну групу поділити на підгрупи, наприклад, по товщині листа і таке інше. При цьому, в позначені КЕ кожному шагу диференціації привласнюється буквений чи цифровий індекс ( – КЕ 0-го рівня, 1-го типу, групи В, підгрупи А).
Відомості про КЕ, згруповані по окремих ознаках та оформлені в вигляді конструкторських і технологічних документів, вводять в банк даних комп‘ютера і використовують при конструюванні методом синтезу та підготовці виробництва.
На основі цих досліджень розроблено метод побудови моделі системи "Кінцева зборка МЕЗ". Окремі графи елементів системи і підсистем об‘єднані в загальний операційно-технічний граф складання того чи іншого досліджувального МЕЗ. При цьому вказані необхідні комплекти деталей для забезпечення тої чи іншої операції складання та їх черговість: (). Це дозволяє визначити вагомість та зв‘язок між КЕ в системі, а також поліпшити організацію і якість складальних операцій.
В третьому розділі відпрацьована можливість формування досліджувальних МЕЗ і ЕТА на їх базі з допомогою єдиного ЕМ. Однак, необхідність цього повинна підтверджуватись економічним розрахунком. В подальшому викладенні досліджень обґрунтована та розроблена компоновочна схема і конструкція модернізованого універсального модульного одновісного ЕЗ та сільськогосподарських машин на його базі для механізації тваринництва і овочівництва з рівнем універсальності конструкції 74% (у аналога, МЕЗ на базі шасі Т-16МГ, – 65%), що дозволяє підвищити річне завантаження з застосуванням як в колективному, так і в фермерському секторі і забезпечити населення України продуктами АПК та знизити термін відшкодування витрат на виробництво сільськогосподарських машин. При цьому використовували методику д.т.н. Євгенко В.Г. та формули (1) і (2). Річний економічний ефект від використання такого
|
ЕМ (замість трактора Т-25) з комплексом машин, наприклад, на тваринницькій фермі, де утримується 100 голів худоби, дорівнює 5050 гривень. В четвертому розділі надається методика, апаратура і експериментальні дослідження ЕТА та аналізуються результати їх використання. Експериментальні дослідження проведені у вигляді тягових випробувань одновісного ЕМ, виготовленого на базі шасі Т-16МГ і з‘єднаного своєю фронтальною частиною з ТМ, що має ведучий міст та платформу з вантажем масою 800 кг. Тягові показники та залежності їх від швидкості по стерні надаються на рис.5 і рис.6. При тягових випробуваннях визначена можливість моделювання наявності технологічного знаряддя на зад- |
ній навісці з допомогою переміщення вантажу по платформі на різну відстань від вісі заднього моста. При цьому, в кожному із положень вантажу і відповідного знаряддя визначилось навантаження на передні колеса та керуємість ЕТА по формулі:
В дисертації викладаються результати комплексного рішення питань створення мобільних сільськогосподарських машин блочно-модульної побудови для механізації тваринництва та овочівництва.
Виконане дослідження дозволяє зробити слідуючи основні висновки:
1. Напрямок досліджень по універсалізації (багатофункціональності) засобів механізації в тваринництві та овочівництві на базі сільськогосподарських машин блочно-модульної побудови являється актуальним для сільськогосподарського виробництва України. Це забезпечить підвищення ефективності виробництва, збільшення продуктивності та полегшення праці і сільському, як колективному, так і фермерському, господарстві за рахунок використання комплексів машин на базі створюваних МЕЗ модульного типу.
2. Обґрунтовані для України етапи розробки і виготовлення мобільних енергетичних засобів (МЕЗ) модульного типу для механізації малоенергомістких технологічних процесів в сільськогосподарському виробництві:
– виготовлення МЕЗ на базі самохідного шасі Т-16МГ;
– модернізація тракторів типу АТ-1 з установленням кабіни трактора ЮМЗ-6КЛ і трансмісії з шестернями постійного зчеплення та переключенням передач зубчатими муфтами;
– розробка та виготовлення нової конструкції МЕЗ з двигуном українського виробництва, новою кабіною, реверсом та поворотним пультом управління.
3. Розроблено галузеву класифікацію складності конструктивних елементів (КЕ) та запропоновано критерій МЕЗ, як технічних систем, по рівню складності КЕ, на основі якого виконується аналіз сільськогосподарських машин різних типів складності. Для синтезу МЕЗ, що включає розробку конструкції із окремих блоків, запропонований метод операційно-технологічних графів з дослідженням процесів заключного етапу складання енергозасобу.
4. Доказано, що для одновісного МЕЗ віддається перевага просторовій рамі з суцільними верхніми лонжеронами та нижніми, жорстко зв‘язаними з вісями коліс.
Результати досліджень підтвердили ефективність напрямку конструювання рами та несучої системи базового енергомодуля, на який видано патент України.
5. Обґрунтовані математичні моделі формування структури і виконано параметричний синтез перспективного енергомодуля ЗЕМ-30 для механізації технологічних процесів в тваринництві та овочівництві.
Коефіцієнт універсальності ЗЕМ-30 в порівнянні з МЕЗ-06 підвищено від 0,68 до 0,74, що сприяє збільшенню його річного завантаження, з річним економічним ефектом від використання такого ЕЗ на тваринницькій фермі, де утримується 100 голів худоби, дорівнює 5050 гривень.
6. Недостача в АПК малоенергомістких тракторів змушує використовувати більш потужну техніку. Це веде до переущільнення грунту та зниження його родючості, збільшення витрат паливно-мастильних матеріалів, надмірного викиду канцерогенів, а значить, економічного забруднення грунту та атмосфери. Організація виробництва легких ЕЗ кл. 6-9кН типу ЗЕМ-30 дозволяє найменшими затратами покращити ситуацію.
7. Наявність в сівообороті при вирощуванні овочів, годувальних трав, а також побочної продукції і нестандартних овочів створює необхідні умови для утворення овоче-тваринницьких фермерських господарств. Використання в таких господарствах ЕЗ ЗЕМ-30, що швидко переобладнюються на всі види робіт, дозволяє збільшити продуктивність праці та забезпечити населення продуктами харчування.
СПИСОК РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
По темі дисертації опубліковано 16 наукових праць. Основні з них:
1. Писаренко А.Е. Анализ конструкций машин по уровням сложности элементов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1998. – №1. – С.29-31.
2. Лебедев А.Т., Писаренко А.Е. Основы анализа и синтеза энерготехнологических агрегатов блочно-модульного построения // Сб. н.тр. ХГТУСХ. Тракторная энергетика в растениеводстве. – 1999. – С. 248-256. (Розроблено метод аналізу і синтезу ЕТА).
3. Писаренко А.Е. Модульная техника для малозатратных и экологически чистых технологий в АПК // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2000. – №11. – С.16-19.
4. Писаренко А.Е. Модульной технике – государственную поддержку // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1999. – №6. – С.4-7.
5. Писаренко А.Е. Модульный принцип разработок – качество и надежность сельскохозяйственной техники // Техника в сельском хозяйстве. – 2000. – №1. – С.28-31.
6. Писаренко А.Е. Несущая система универсального МЭС на базе самоходного шасси // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1999. – №3. – С.21-23.
7. Писаренко А.Е., Тарсис Ю.Л. Динамический анализ пространственных рам мобильных модульных энергосредств // Вестник ХГПУ, выпуск 29. – 1999. – С.45-51. (Запропоновано напрямок дослідження та конструкція несучої системи одновісного МЕЗ).
8. Кальченко Б.І., Писаренко А.Є., Тимофєєв В.Н., Корсун Н.А., Євтенко В.Г. Модульна техніка в народному господарстві // Техніка АПК. – 1995. – №4. – С. 4-6. (Участь в розробці шлейфів першочергових ТМ для механізації тваринництва та рослинництва).
9. Писаренко А.Е., Тарсис Ю.Л. Пространственные рамы одноосных мобильных энергосредств модульного типа // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1998. – №8. – С.23-25. (Участь в розробці методики дослідження ЕЗ).
10. Кальченко Б.И., Писаренко А.Е., Сидоренко О.М., Евтенко В.Г. Анализ универсальности тракторов и самоходных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1997. – №1. – С.21-23. (Участь в розробці критерія оцінки універсальності конструкції ЕЗ).
11. Кальченко Б.И., Лысенко А.Н., Писаренко А.Е. Машины на модульном принципе // Сільський журнал. – 1995. – №10. – С.38-39. (Запропоновано терміновий шлях виготовлення МЕЗ).
12. А.с. 673475, СССР, М кл2B60F 7/08, B62D 25/20. Корпус плавающего транспортного средства. Писаренко А.Е. Бюл.изобр.№26, 1979.
13. Патент 20148А, Україна, МКІ 6B62D 21/02. Мобільний енергетикчний засіб. Кальченко Б.І., Лисенко А.М., Писаренко А.Є., Сидоренко О.М., Лаврик М.Ф., Сербін П.М., Штих А.А. Бюл.изобр.№6, 1997. (Участь в розробці конструкції просторової рами для МЕЗ).
АНОТАЦІЯ
Писаренко А.Є. Синтез мобільних сільськогосподарських машин блочно-модульної побудови для механізації тваринництва та овочівництва. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – Машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Харківський державний технічний університет сільського господарства, Харків, 2001.
Робота містить дослідження, які стосуються розвитку модульного принципу конструювання, спрямованого на створення в Україні більш сучасних і універсальних енергетичних засобів кл. 6-9кН та енерго-технологічних агрегатів на їх базі в вигляді сільськогосподарських машин для механізації робіт в тваринництві та овочівництві.
В роботі викладена методика аналізу конструкцій машин з допомогою операційно-технологічних графів; розроблена класифікація конструктивних елементів та технічних систем енерго-технологічних комплексів машин в галузі сільськогосподарського машинобудування; розроблена методика та математичні моделі синтезу енерго-технологічних агрегатів і комплексів машин, як складних технічних систем; вдосконалена методика визначення рівня універсальності мобільних енергозасобів; обгрунтована доцільність застосування, з необхідними розрахунками методом кінцевих елементів, просторової рами в несучій системі базового одновісного енергомодуля.
В проведених дослідженнях показана можливість поетапного створення енергозасобів модульного типу кл. 6-9кН з виготовленням першочергових енерго-технологічних агрегатів на базі серійних вузлів шасі Т-16МГ. Розроблена документація модернізованого варіанту конструкції енергомодуля, застосування якого можливе як в рослинництві, так і в тваринництві. При цьому, коефіцієнт універсальності енергомодуля підвищено з 0,68 до 0,74, що сприяє розширенню сфери його застосування.
Ключові слова: енергозасіб, енергомодуль, енерго-технологічний агрегат, мобільний енергетичний засіб, модуль, модульний принцип конструювання, технічна система, конструктивний елемент, універсальність.
АННОТАЦИЯ
Писаренко А.Е. Синтез мобильных сельскохозяйственных машин блочно-модульного построения для механизации животноводства и овощеводства. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, Харьков, 2001.
Работа содержит исследования, которые касаются развития модульного принципа конструирования, направленного на создание в Украине более современных и универсальных энергетических средств кл. 6-9кН и энерго-технологических агрегатов на их базе в виде сельскохозяйственных машин для механизации работ в животноводстве и растениеводстве.
Разработка классификации конструктивных элементов машин и вопросов их синтеза уменьшает сроки и затраты на проектирование и постановку на производство сельскохозяйственной техники. В работе изложена методика анализа конструкции машин с помощью операционно-техноло-гических графов. Разработана классификация уровней сложности деталей и сборочных единиц в виде технических систем: 0-ой (нулевой) уровень – детали; 1-ый уровень – сборочные единицы; 2-ой уровень – узлы; 3-ий уровень – группы, в соответствии со спецификацией сборочного чертежа машины; 4-ый уровень – машины, состоящий из двух подуровней, 4' – машины энергетические и 4" – машины технологические; 5-ый уровень – энерго-технологические агрегаты; 6-ой уровень – комплексы машин; 7-ой уровень – система машин в сельском хозяйстве.
Для уменьшения затрат и сроков сборки сельскохозяйственных машин разработана методика и математические модели синтеза энерго-технологических агрегатов и комплексов машин, как сложных технических систем. При этом, с помощью теории графов и анализа технических систем разработан метод построения модели "Окончательная сборка машины". Отдельные элементы подсистемы объединены в общий операционно-технологический граф сборки энергосредства, где элементарная ячейка технической системы, упорядоченная пара конструктивных элементов, связаны между собой отношениями, характеризующимися порядком и трудоемкостью технологических операций сборки, а также сборочным комплектом в виде деталей, с помощью которых соединена пара конструктивных элементов.
Для выбора приоритетности вариантов конструкции сельскохозяйственных машин, определяемых степенью универсализации, была доработана методика определения уровня универсальности мобильных энергетических средств, в соответствии с которой оценка универсальности энергосредства осуществляется по коэффициенту универсальности конструкции и коэффициенту универсальности применения.
Для обеспечения равномерного распределения нагрузок в несущей системе одноосного энергомодуля, возникающих при передвижении его в составе энерго-технологического агрегата с агрегатирующимися спереди и сзади технологическими машинами, без повышения стоимости конструкции, была обоснована целесообразность применения, с необходимыми расчетами методом конечных элементов, пространственной рамы в несущей системе базового одноосного энергомодуля с цельными верхними лонжеронами и нижними жестко связанными с осями колес.
Чтобы ускорить внедрение новой техники модульного типа, в проведенных исследованиях показана возможность поэтапного создания энергетических средств кл. 6-9кН с изготовлением первоочередных энерго-технологических агрегатов на базе серийных узлов самоходного шасси Т-16МГ.
Для повышения универсальности и годовой загрузки энергетического средства разработана документация модернизированного варианта конструкции высвобождаемого энергомодуля, использование которого возможно, как в растениеводстве, в том числе в овощеводстве, так и в животноводстве. При этом, коэффициент универсальности энергомодуля повышен с 0,68 до 0,74, что способствует расширению сферы его применения.
Ключевые слова: энергосредство, энергомодуль, энерго-технологический агрегат, мобильное энергетическое средство, модуль, модульный принцип конструирования, техническая система, конструктивный элемент, универсальность.
Annotation
Pisarenko A.E. Synthesis of mobile agricultural machines block-module building for mechanization of cattle breeding and vegetable growing. Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.05.11. – machines and facility for mechanization of agricultural manufacture. Kharkov state technical university of agriculture, Kharkov, 2001.
The work is presented for depending the thesis. This work contains explorations, which concern with development of modular principle of designing, directing to a creation in Ukraine more modern and universal power facilities, class 6-9 kN and power-technological aggregates for their base that looks as an agricultural machines for mechanization works at cattle breeding and vegetable growing.
In this work is stated method learning, analysis of design machines with the help of operationally-technological count; classification of the constructional elements and technological systems of the power-technical complexes, machines at the fields of agricultural mechanical engineering are elaborated; the method and mathematical models of synthesis power-technological aggregates and complexes of machines as compound technical systems are elaborated; the method of determination the level universal mobile power facilities are improved; the expediency of application with necessary calculations of method of last elements, spatial frame in the bearing system of base of the monoaxial power-module is well-grounded.
In the well-handled explorations the possibility of the stepwise creation of power facilities of the modular type, class 6-9 kN is demonstrated with the production of first-turn power-technological aggregate on the base of the serial center of the tool carrier T-16 MG. The documentation of the modern variant construction of the power module is elaborated. The application of the power module is possible as in plant growing, including vegetable growing as in cattle breeding. At the same time coefficient of the universality of the power module is increased from 0.68 till 0.74 that is assisted widening sphere and its use.
Key words: power facility, power module, power-technological aggregate, mobile power facility, module, module principle, technological system, constructive element, universality.