книги из ГПНТБ / Настенко Н.Н. Системы автоматического регулирования зерноуборочных комбайнов

Настенко Н. Н., Гурарий И. М. Системы автома­ тического регулирования зерноуборочных комбайнов. М., «Машиностроение», 1973, 232 с.

В книге рассмотрены условия обеспечения опти­ мального технологического процесса зерноуборочного комбайна путем автоматической стабилизации загрузки молотилки и двигателя. Определена математическая модель комбайна как объекта регулирования, изложены принципы действия и дан анализ наиболее характерных систем автоматического регулирования загрузки ком­ байна.

Приведены методы исследования (приближенный аналитический метод гармонической линеаризации нелинейностей и метод моделирования на аналоговых вычислительных машинах) нелинейных автоматических систем загрузки комбайна. Указанными методами про­ веден анализ устойчивости, автоколебаний и качества регулирования. Методом моделирования исследована точность автоматических систем при реально действую­ щих на комбайн случайных внешних возмущениях. Изучены способы улучшения качества регулирования путем введения корректирующих устройств и исполь­ зования комбинированных систем регулирования.

Монография предназначена для научных и инже­ нерно-технических работников, занимающихся вопро­

© Издательство «Машиностроение» 1973 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Одной из важных народнохозяйственных задач является даль­ нейшее увеличение производства зерна в стране. При решении этой задачи большое значение имеет улучшение технико-экономи­ ческих показателей работы зерноуборочных комбайнов, являю­ щихся основными средствами механизации уборки зерновых культур.

Эффективным способом уменьшения потерь зерна, повышения производительности комбайна и облегчения условий труда ком­ байнера является автоматизация регулирования технологического процесса и управления движением комбайна.

Поддержание оптимального технологического процесса, со­ четающего максимальную производительность с минимальными потерями зерна, в принципе, можно осуществить лишь с помощью автоматического регулирования. Это вызвано тем, что комбайн ра­ ботает в условиях непрерывно изменяющихся внешних воздей­ ствий, реагировать на которые своевременно комбайнер не в со­ стоянии. Этот вывод полностью относится и к последним высоко­ производительным самоходным зерноуборочным комбайнам СК-5 и СК-6.

Результаты испытаний систем автоматической стабилизации загрузки и горизонтального положения молотилки комбайна показывают эффективность их применения. Так, автоматическая стабилизация оптимальной загрузки молотилки позволяет повы­ сить производительность комбайна на 14% и облегчить условия труда комбайнера. Автоматическая стабилизация горизонталь­ ного положения молотилки позволяет значительно уменьшить потери зерна при работе комбайна на склонах.

За последние годы разработан и испытан ряд систем автомати­ ческой стабилизации загрузки и горизонтального положения мо­ лотилки. Вместе с тем многие важные вопросы динамики таких систем изучены еще недостаточно, что, наряду с отсутствием на­ дежных технических средств измерения параметров регулирова­ ния, в полной мере отражающих показатели загрузки молотилки и двигателя, сдерживает развитие работ по автоматизации ком­ байна и затрудняет их практическое использование. Можно ука­ зать в связи с этим, что многолетние попытки решить вопрос авто­ матизации загрузки молотилки только с помощью датчика тол­ щины слоя хлебной массы под цепями плавающего транспортера

не дают положительного результата в условиях уборки, когда изменения влажности, засоренности и других свойств хлебной массы, которые не учитываются этим параметром регулирования, существенно влияют на значение оптимальной подачи.

Использование надежных технических средств измерения более универсальных параметров регулирования загрузки молотилки: момента на валу молотильного барабана и потерь зерна за мо­ лотилкой, наряду с датчиком загрузки двигателя, позволит со­ здать более совершенные системы автоматического регулирования загрузки комбайна.

Не менее важным является улучшение динамических качеств известных одноконтурных автоматических систем загрузки. Это может быть достигнуто применением корректирующих устройств и созданием комбинированных систем автоматического регулиро­ вания, разработка которых, однако, связана с решением задачи прямого или косвенного измерения внешнего возмущения. С при­ менением комбинированных систем становится возможным осу­ ществление принципов инвариантности, т. е. полной или частич­ ной компенсации действия внешнего возмущения на систему.

Основным содержанием предлагаемой книги являются иссле­ дования динамических качеств одноконтурных систем автомати­ ческого регулирования загрузки и анализ корректирующих устройств по отклонению параметров и внешнему возмущению при типовых и реальных внешних возмущениях на систему, выполнен­ ные приближенным аналитическим методом гармонической ли­ неаризации нелинейностей и методом моделирования на анало­ говых вычислительных машинах.

Приведенные в работе методы расчетов систем автоматического регулирования, методика и аппаратура для решения задач на аналоговых вычислительных машинах могут быть использованы при исследованиях и расчетах автоматических систем для других

\

Глава I

КОМБАЙН КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

§ 1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КАЧЕСТВО РАБОТЫ КОМБАЙНА

торов: способа и условий уборки, вида и состояния убираемой культуры, технологической схемы комбайна, конструктивных параметров и режимов его работы. Потери зерна комбайном скла­ дываются из потерь жаткой и молотилкой. Соотношение этих потерь определяется рядом причин. Испытания отечественных зерноуборочных комбайнов унифицированной серии СК: однобарабанных — СК-4А, СК-5 «Нива», СК-6 «Колос» и двухбарабанных — СКПР-5, СКПР-6, СКД-5, СКД-5М «Сибиряк», про­ веденные в 1970 г. Центральной машиноиспытательной станцией

1. При прямом комбайнировании потери зерна жаткой больше, чем молотилкой, главным образом из-за потерь в зоне делителей; при этом потери значительно увеличиваются при уборке ячменя

иржи по сравнению с уборкой пшеницы.

2.При подборе валков пшеницы потери зерна молотилкой

составляют 65—88% суммарных потерь комбайном.

3. Потери зерна'резко возрастают с увеличением подачи хлеб­ ной массы больше расчетной пропускной способности молотилки. При одинаковой подаче двухбарабанные комбайны имеют меньшие потери, однако и у них с превышением расчетной подачи потери

ние потерь зерна и снижение пропускной способности наблюда­

и режимов их работы и растут с увеличением скорости движения комбайна. Уменьшить потери можно совершенствованием кон­ струкции рабочих органов жатки и регулированием режимов их

5

Соломотряс не имеет устройств, позволяющих компенсировать неблагоприятное влияние изменений условий уборки на качество его работы. Для качественной работы соломотряса важным является обеспечение стабильности установленного скоростного режима. Следовательно, качество работы соломотряса зависит от обеспечения оптимальной для данных условий подачи хлебной массы и стабильности его скоростного режима.

Потери зерна очисткой будут зависеть главным образом от равномерности подачи хлебной массы и ее качества.

Таким образом, на основании изложенного можно заключить, что оптимальный технологический процесс комбайна, сочетающий максимальную производительность с минимальными потерями

сравнительно ровным рельефом. Если комбайн работает на хол­ мистой местности, то качественные показатели его зависят не только от указанных факторов, но и от пространственного поло­ жения молотилки. Изменение положения молотилки относительно горизонтальной плоскости приводит к неравномерному размеще­ нию хлебной массы на соломотрясе и рабочих органах очистки, что затрудняет сепарацию и вызывает увеличение потерь зерна.

Значит, при работе зерноуборочного комбайна на склонах к указанным двум требованиям обеспечения оптимального тех­ нологического процесса — стабилизации загрузки и скоростного режима рабочих органов молотилки — добавляется требование стабилизации пространственного положения молотилки (в гори­ зонтальной плоскости).

Оптимизация технологического процесса комбайна является одним из важных путей повышения эффективности его работы.

Конструктивные усовершенствования комбайнов СК-5 и СК-6 и создание двухбарабанных молотилок комбайнов СКПР-5, СКПР-6 и СКД-5М позволили повысить их пропускную способ­ ность. Так, по данным испытаний КНИИТИМ, если пропускную способность комбайна СК-4А принять за 100 %, то пропускная способность других комбайнов составляет: СК-5 105%, СК-6 128%, СКПР-5 123%, СКПР-6 143%, СКД-5М 115%. Однако указанные требования обеспечения высоких качественных показателей ра­ боты зерноуборочных комбайнов остаются такими же и для ком­ байнов новых модификаций.

§ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ

Опыт эксплуатации и многочисленные исследования показы­ вают, что условия работы зерноуборочного комбайна характе­ ризуются значительными изменениями параметров внешней среды не только в течение уборочного периода, но и в течение рабочего

7

дня и даже в пределах одного и того же поля, вызывая соответ­ ствующие изменения загрузки молотилки и двигателя комбайна [6, 9, 17].

Изменения условий работы комбайна являются внешними воз­ действиями, вызывающими колебания загрузки молотилки и дви­ гателя. Эти воздействия могут быть подразделены на воздействия, вызывающие изменение затрат энергии на передвижение ком­ байна по полю (колебания нагрузки на двигатель), и на воздей­ ствия, обусловливающие изменение загрузки рабочих органов молотилки и также влияющие на колебание загрузки дви­ гателя.

Изменение затрат энергии на передвижение комбайна зависит от колебаний физико-механических свойств почвы (влажности, плотности, структурного состава); изменений рельефа поля и ха­ рактера обработки почвы; изменений поступательной скорости комбайна, вызванных неровностями рельефа или стремлением поддержать оптимальную загрузку молотилки с изменением уро­ жайности; изменения веса комбайнового агрегата за счет увели­ чения или уменьшения количества зерна в бункере и соломистых продуктов в копнителе и др. Под действием перечисленных фак­ торов изменение сопротивления передвижению комбайна носит случайный характер, что вызывает неустановившуюся загрузку ходовой части, органов привода и двигателя.

К внешним факторам, вызывающим изменение загрузки ра­ бочих органов молотилки, относятся: колебания секундной по­ дачи хлебной массы, зависящие от изменения урожайности, вы­ соты среза растений, рабочего захвата жатки и скорости движе­ ния комбайна, а также колебания физико-механических и биоло­ гических свойств убираемой культуры (влажности, соломистости, спелости зерна, сорта и др.). Зависимость загрузки молотилки от столь различных факторов, изменение которых носит случай­ ный характер, приводит к неустановившемуся режиму ее работы.

По данным ряда исследований изменение урожайности на поле подчиняется закону нормального распределения и может'быть охарактеризовано коэффициентом вариации, значения которого для разных культур и зон страны колеблются в пределах 14—33% [17, 181.

На колебание загрузки наряду с внешними факторами влияют и внутренние, зависящие от совершенства конструкции комбайна, технического его состояния, надежности рабочих органов и т. п.

Как отмечалось, с помощью регулирования некоторых рабо­ чих органов молотилки можно частично уменьшить неблагоприят­ ное влияние ряда внешних факторов. Раздельная уборка, при ко­ торой обеспечивается более однородная для обмолота хлебная масса в валках, также улучшает качество работы моло­ тилки.

8

§ 3. УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Условия работы комбайна, как было выяснено, характери зуются случайным изменением внешних воздействий которые приводят к неустановившемуся режиму загрузки молотилки и двигателя. При этом изменения параметров технологического процесса уже недостаточно характеризовать только средними значениями, как это принято в теории комбайна. Появляется необходимость статистических оценок, более полно характеризую­ щих действительные изменения параметров.

Для современной теории комбайна характерен, однако, не статистический (за исключением теории соломотряса [6]), а де­ терминированный подход к изучению рабочих процессов. Это находит свое выражение в установлении функциональных зави­ симостей средних значений параметров рабочих процессов и среды. Хотя такой подход к изучению работы комбайна не отра­ жает всей сложности реально протекающих процессов, при опре­ делении условий обеспечения оптимального технологического процесса он может быть оправдан простотой и наглядностью пред­ ставления о реально протекающем рабочем процессе и возмож­ ностью с удовлетворительной (в первом приближении) точностью дать количественную оценку зависимости параметров процесса и среды.

Секундную подачу хлебной массы (в кг/с) в комбайн выражают

Следует отметить, что при определении подачи по уравнению

(1) не учитывается качественное состояние хлебной массы, тогда как требуемая по условию оптимального процесса обмолота опти­ мальная подача должна устанавливаться по пропускной способ­ ности молотилки обязательно с учетом условий уборки, т. е. с уче­ том качественного состояния хлебной массы. С известным прибли­ жением учет изменений качественного состояния хлебной массы можно обеспечить соответствующей корректировкой подачи.

Определим условия обеспечения оптимальной загрузки мо­ лотилки хлебной массой. Из уравнения (1) следует, что подачу можно регулировать, изменяя ширину рабочего захвата жатки, высоту среза или скорость движения комбайна. Практически приемлемым является регулирование подачи только изменением поступательной скорости, поскольку изменение ширины рабочего

9