РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ БРОСКОВОГО АППАРАТА С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ
Рассматриваемое устройство предназначено для распределения удобрений по ширине полосы рассева и уменьшения влияния ветра при работе с аппаратом, вращающимся вокруг продольно-горизонтальной оси.
Скачать:
Предварительный просмотр:
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ БРОСКОВОГО АППАРАТА С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ
д.т.н., профессор В.А.Черноволов,
аспирант С.А.Шерстов, аспирант А.Б.Локтев
(Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия)
Рассматриваемое устройство предназначено для распределения удобрений по ширине полосы рассева и уменьшения влияния ветра при работе с аппаратом, вращающимся вокруг продольно-горизонтальной оси. В связи с тем, что размеры распределительного устройства в плоскости вращения рабочего органа меньше, чем зона свободного полета частиц, значительная часть удобрений соударяется с поверхностью устройства и перераспределяется. Задачей проектирования рационального контура распределительного устройства является получение равномерного распределения частиц удобрений по поверхности поля.
Для упрощения в дальнейшем примем следующие допущения:
- сопротивление воздуха пропорционально квадрату скорости относительного движения;
- полет частиц происходит в вертикальной плоскости, перпендикулярной к направлению движения машины, а скоростью машины по сравнению со скоростью метания можно пренебречь;
- полет частиц происходит в пространстве, ограниченном щитами устройства, поэтому скорость ветра не учитывается;
- распределение удобрений на выходе из аппарата считаем заданным, а плотность вероятности угла бросания изменяется по нормальному закону.
- в первом приближении считаем, что все частицы долетают до распределительного устройства.
Расчетная схема представлена на рисунке 1. Расположим координатные оси в поперечно-вертикальной плоскости с началом координат в центре ротора. Ось ротора смещена от линии симметрии машины на величину А. Ротор имеет наружный радиус R. Удобрения выбрасываются его лопатками под углом к горизонту. Значения угла бросания изменяются в некотором диапазоне и повторяются с вероятностями, заданными функцией плотности . Правое крыло распределительного устройства имеет ширину захвата. В, разделенную на участки ΔX. Номер участка обозначен индексом j, проставленным на его границе. Общее количество участков должно быть целым числом, т.е. B выбираем кратным .
Считаем заданными: – скорость метания; Кп – коэффициент парусности удобрений; – угол между вектором \/0 и радиусом; – математическое ожидание угла бросания; – среднее квадратическое отклонение угла бросания; коэффициенты загрузки верхнего и нижнего щитов распределительного устройства.
Используя обратную функцию нормального распределения , по заданному значению найдем угол . От точки пересечения траектории с углом и нулевой вертикали начинаются верхний и нижний щиты распределительного устройства. Изменением коэффициента можно смещать точку стыка щитов по вертикали.
Далее необходимо площади разделить на равные по величине площадки и вычислить углы на границах площадок.
Пример расчета вероятностей и углов показан на рисунке 3.
Рис.1. Схема к расчету оптимального контура распределительного устройства с учетом сопротивления воздуха |
Равномерность рассева достигается тем, что удобрения, вылетающие в пределах интервалов , распределяются на одинаковых полосках .
Расчет координат контура распределителя предлагается следующий.
Решается система уравнений внешней баллистики при сопротивлении среды пропорциональном квадрату относительной скорости
(1)
При начальных условиях:
(2)
где .
Уравнения (1) представлены в форме Коши. Решение их выполнено в системе Mathcad с помощью встроенной программы Rkadapt.
Рис. 2. Схема к определению коэффициентов нагрузки щитов |
Рис. 3. Пример расчета вероятностей и углов |
Программы и вычисляют координаты контура, то есть определяют координаты точек пересечения траекторий с углами с вертикалями .
Координаты точек дают форму оптимального по условию равномерности рассева контура распределительного устройства.
На печать выводятся координаты по которым строятся графики функции (рис. 4, 5, 6, 7).
Форма оптимального контура ветрозащиты в большой мере зависит от математического ожидания угла бросания (рис. 4), если коэффициент загрузки нижнего щита остается неизменным. Изменение на 0,2 рад приводит к вертикальному смещению правой точки контура на 0,7...1 м при ширине крыла 4 м. Изменение вида удобрений, налипание удобрений на лопатки и другие эксплуатационные условия могут вызвать изменения среднего угла бросания на величину большую 0,2 рад. Для обеспечения равномерного распределения удобрений в любых условиях на агрегате, необходимо иметь устройство для контроля и регулировки среднего угла бросания или для регулировки равномерности внесения удобрений путем изменения координат контура ветрозащиты. Контроль среднего угла бросания можно осуществлять с помощью прибора, состоящего из двух пьезокриоталлических датчиков, расположенных симметричио относительно середины сектора рассева, усилителя и указателя подобного указателю потерь зерна зерноуборочных комбайнов.
При неизменных (рис. 5) крайняя правая точка контура не меняет своего положения, а при увеличении высота контура увеличивается на 0,4 метра.
Очень заметно изменение формы контура при изменении коэффициента загрузки нижнего щита (рис.6). Смещение правой крайней точки по высоте достигает одного метра при изменении от 0,3 до 0,5. За счет одновременного изменения меняется общая высота контура.
При постоянных и (рис. 7), смещение правой точки контура при изменении коэффициента загрузки нижнего щита составляет 0,7 метра.
Программы и можно трансформировать для анализа влияния начальной скорости метания и коэффициента парусности удобрений. Фактор можно задавать внутри программы, а факторы сделать внешними.
Рис. 4. Рациональные контуры: 1,2– при ; 3,4– при ; 5,6 – при ; Vo=30 м/c; kp=0.11 1/м | |
Рис. 5. Рациональные контуры при: ; Vo=30 м/c; kp=0.11 1/м | |
Рис.6. Рациональные контуры при изменении коэффициента загрузки нижнего щита: 0,5; 0,4 и 0,3; ; Vo=30 м/c; kp=0.1 1/м |
Рис.7. Рациональные контуры при изменении коэффициента загрузки нижнего щита: 0,5; 0,4 и 0,3; ; Vo=30 м/c; kp=0.11 1/м |
*'
Выводы
Форма рационального контура распределительного устройства, построенного по предложенной в работе методике, существенно зависит от коэффициента коэффициента загрузки нижнего щита, от числовых характеристик угла бросания.
Задачей дальнейших исследований является создание метателя, обеспечивающего стабильность числовых характеристик угла метания.
Литература
Черноволов В.А., Ляшенко Т.М. Исследование ветрозащитно-распределительного устройства машин с вертикальными роторными аппаратами для внесения минеральных удобрений. Отчет. Сб. реф. НИР и ОКР ВНТИЦ» с. 13 №25-26, 1983.