Способ регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов почвообрабатывающих машин и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для обработки почвы и может быть использовано в сельском хозяйстве. Способ включает измерение частоты и амплитуды рабочего органа, тягового сопротивления и скорости движения одновременно с началом движения машины. Сначала производят регулировку частоты колебаний, а затем - амплитуды колебаний. Каждое регулирование обеспечивает соответствие параметров колебаний наименьшему тяговому сопротивлению и сохранение скорости движения машины. Устройство содержит вибровозбудитель с регулирующим устройством. Вибровозбудитель подключен к гидроцилиндру, шток которого шарнирно связан с вибрирующим рабочим органом, и приводится гидромотором, который соединен с регулируемым насосом. Полости гидроцилиндра через два обратных клапана соединены с гидролинией между гидромотором и дросселем. На приводном валу вибровозбудителя установлен датчик частоты вращения. Гидролинии оснащены датчиками давления. Шток гидроцилиндра оснащен датчиком перемещения. Трактор, с которым агрегатируется почвообрабатывающая машина, оснащается датчиком тягового сопротивления и датчиком скорости. Датчики подключены к входам блока управления, а регулирующие устройства - к выходам блока управления. Такие технология и конструкция позволят обеспечить качество обработки почвы при сохранении постоянной скорости движения трактора и минимального тягового сопротивления. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к вибрационным рабочим органам почвообрабатывающих машин и режимам их функционирования.

Известен способ регулирования параметров колебаний рабочих органов почвообрабатывающих машин (а.с. СССР 112005, А 01 В 20/01, 1956 г.), которым предусмотрено регулирование затрат мощности на приведение рабочих органов в состояние вибрирования с помощью изменения их массы. Затраты мощности зависят от частоты и амплитуды колебаний.

Недостатком данного способа является то, что частота и амплитуда колебаний не регулируются одновременно с массой рабочего органа, который приводится в состояние колебаний с частотой, соответствующей числу оборотов вала с эксцентриком, задающим амплитуду, а этот вал соединен с валом отъема мощности трактора.

Известен способ регулирования параметров колебаний рабочих органов почвообрабатывающей машины (Дубровский А.А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. - М.: Машиностроение, 1968, с.93-96.), которым предусмотрено регулирование частоты колебаний рабочего органа так, чтобы тяговое усилие было наименьшим. При этом допускается регулировать амплитуду колебаний.

Недостатком данного способа является то, что не указано в какой последовательности выполняется регулирование частоты и амплитуды колебаний рабочего органа.

Известен винтовой вибровозбудитель (Дубровский А.А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. - М.: Машиностроение, 1968, с.81-85).

Недостатком известного вибровозбудителя является невозможность сменить закон изменения частоты и амплитуды колебаний в процессе функционирования почвоообрабатывающей машины, так как строго определенное соотношение между амплитудой и частотой колебаний рабочего органа поддерживается автоматически в соответствии с нагрузкой.

Известен вибровозвудитель (Варсанофьев В.Д., Кузнецов О.В. Гидравлические вибраторы. - Л.: Машиностроение, 1979, с.15-18). Регулирование амплитуды колебаний производится изменением рабочего объема качающего узла, а частоты колебаний рабочего органа почвообрабатывающей машины - изменением частоты вращения распределительного устройства.

Недостатками известного вибровозбудителя являются: подпитка рабочей жидкостью полостей гидроцилиндра, обеспечивающего вибрацию рабочего органа почвообрабатывающей машины, осуществляется от индивидуального насоса и отсутствие регулирования, которое ограничивало бы затраты мощности на функционирование вибровозбудителя и тем самым не допускало снижения скорости движения агрегата из-за возникающего недостатка мощности двигателя трактора.

Для устранения отмеченных недостатков предлагается следующий способ регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов почвообрабатывающих машин: сначала производят регулирование частоты колебаний, а затем - амплитуды колебаний, причем каждое регулирование обеспечивает соответствие параметров колебаний наименьшему тяговому сопротивлению и сохранение скорости движения почвообрабатывающей машины.

Для осуществления предлагаемого способа устройство снабжено блоками управления, формирования частоты и амплитуды колебаний, при этом на валу вибровозбудителя смонтирован датчик частоты вращения, шток гидроцилиндра имеет датчик перемещения, а гидролинии - датчики давления, причем вибровозбудитель и насос имеют регулирующие устройства, а гидролинии подпитки полостей гидроцилиндра соединены со сливной гидролинией гидромотора между ним и расположенным в его гидролинии регулируемым дросселем, причем датчики давления скорости и тягового сопротивления подключены к входам блока управления, к входу которого через блоки формирования частоты и амплитуды колебаний подсоединены датчик частоты вращения вала вибровозбудителя и датчик перемещения штока гидроцилиндра, датчики давления, скорости и тягового сопротивления подключены к входам блока управления, а регулирующие устройства насоса и качающего узла вибровозбудителя подключены к выходам блока управления.

На фиг.1 схематично изображено устройство для осуществления способа регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов почвообрабатывающих машин.

На фиг.2 изображена блок-схема блока управления устройством.

На фиг.3 показано размещение датчиков тягового сопротивления и скорости движения на тракторе.

Способ осуществляется следующим образом.

Рабочие органы почвообрабатывающей машины оснащают вибровозбудителями, которые подключают к источнику энергии и блоку управления, и почвообрабатывающей машиной в составе машинно-тракторного агрегата (МТА) производят обработку почвы. Одновременно с началом движения МТА включают вибровозбудители, измеряется тяговое сопротивление и скорость движения МТА, частота и амплитуда колебаний рабочих органов. Устанавливается частота колебаний, которая соответствует наименьшему тяговому сопротивлению. При этом с увеличением частоты колебаний тяговое сопротивление сначала уменьшается, а затем увеличивается. После регулирования частоты колебаний увеличивается амплитуда колебаний до тех пор, пока тяговое сопротивление опять не станет наименьшим. Регулирование частоты и амплитуды колебаний производится через заданный интервал времени или с возрастанием тягового сопротивления свыше допустимого значения.

Предлагаемый способ регулирования параметров колебания рабочих органов почвообрабатывающих машин позволяет снизить затраты мощности на функционирование почвообрабатывающей машины и расположить в обрабатываемом слое в необходимом порядке фракции комков почвы.

Устройство для регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов содержит вибровозбудитель 1 с регулирующим устройством 2. Вибровозбудитель 1 гидролиниями 3 и 4 подключен к гидроцилиндру 5, шток которого шарнирно связан с вибрирующим рабочим органом 6.

Вибровозбудитель 1 приводится гидромотором 7, который гидролинией 8 соединен с регулируемым насосом 9 и гидролинией 10 с гидробаком 11. В гидролинии 8 установлен предохранительный клапан 12, а в гидролинии 10 - регулируемый дроссель 13. Насос 9 с регулирующим устройством 14 всасывающей гидролинией 15 соединен с гидробаком 11.

Через два обратных клапана 16, установленных в гидролиниях 17 и 18, гидролинии 3 и 4 соединены с гидролинией 10 между гидромотором 7 и дросселем 13. В гидролиниях 3 и 4 установлены предохранительные клапаны 19, которые общей сливной гидролинией 20 соединены с гидробаком 11.

На приводном валу вибровозбудителя 1 установлен датчик частоты вращения 21. Гидролинии 3 и 4 оснащены датчиками давления 22. Шток гидроцилиндра 5 оснащен датчиком перемещения 23.

Трактор, с которым агрегатируется почвообрабатывающая машина, оснащен датчиком тягового сопротивления 24 в нижних тягах навесного устройства и датчиком 25 скорости движения агрегата.

Датчик частоты вращения 21 подключен к блоку 26 - сумматору, датчик перемещения 23 подключен к блоку 27 - сумматору. Блоки 26 и 27 подключены к входам блока управления 28. К входам блока управления 28 подключены датчики давления 22, датчик тягового сопротивления 24 и датчик скорости движения 25 трактора. К выходам блока управления подключены регулирующие устройства 14 насоса 9 и 2 вибровозбудителя 1.

Работает устройство следующим образом.

Почвообрабатывающая машина, оснащенная вибрационными рабочими органами, агрегатируется с трактором. После заглубления рабочего органа почвообрабатывающей машины включается вибровозбудитель 1 и агрегат начинает двигаться.

Масло (рабочая жидкость) из гидробака 11 по всасывающей гидролинии 15 забирается насосом 9 и по гидролинии 8 подается на вход гидромотора 7, после которого масло по гидролинии 10 сливается в гидробак 11. Предохранительный клапан 12 ограничивает рабочее давление гидромотора 7. Гидромотор 7 вращает вал вибровозбудителя 1, от которого приводится качающий узел и распределительное устройство вибровозбудителя 1, связанные между собой механической передачей. Регулирующее устройство 2 изменяет рабочий объем качающего узла вибровозбудителя 1 и тем самым ход штока гидроцилиндра 5 или амплитуду колебаний рабочего органа 6. Частота колебания рабочего органа 6 зависит от частоты вращения вала гидромотора 7, которая устанавливается регулирующим устройством 14 за счет изменения рабочего объема насоса 9. Полости гидроцилиндра 5 в процессе работы подпитываются маслом через обратные клапаны 16, установленные в гидролиниях 17 и 18. Давление подпитки регулируется дросселем 13, а масло поступает в гидролинии 3 или 4, если в них образуется разрежение. Предохранительные клапаны 19 ограничивают рабочее давление в полостях гидроцилиндра 5.

В блок 26 введены начальное значение частоты колебаний f₀ рабочего органа 6 и значение ее дискретного изменения Δf, которое зависит от допустимой ошибки регулирования частоты колебаний. В блок 27 введены начальное значение амплитуды колебаний α₀ рабочего органа 6 и предельное значение амплитуды α_пр, а также значение ее дискретного изменения Δα, которое зависит от допустимой ошибки регулирования амплитуды колебаний. В момент начала движения агрегата начальная частота колебаний f=f₀, начальная амплитуда колебаний α=α₀, тяговое сопротивление Р_с=0, давление р=0 и скорость движения агрегата V=0.

В блоке 26 сразу после начала движения агрегата производится изменение частоты колебаний f с шагом Δf так, чтобы при движении МТА с текущей скоростью V_i тяговое сопротивление вибрационного рабочего органа уменьшалось Р_ci=P_с(i-1)-ΔP_c, где Р_ci - текущее значение тягового сопротивления; ΔР_с - дискретное изменение тягового сопротивления, соответствующее изменению частоты колебаний Δf. Как только тяговое сопротивление начинает увеличиваться - прекращается изменение частоты колебаний.

Затем в блоке 27 производится изменение амплитуды колебаний α_i=α_i-1+Δα, где α_i - текущее значение амплитуды, Δα - дискретное изменение амплитуды. Увеличение амплитуды колебаний сопровождается возрастанием затрат мощности на обеспечение вибрации рабочего органа, которые равны N_B=k·р·q_в·f, где k - коэффициент размерности, q_в - рабочий объем вибровозбудителя 1. Возрастание затрат мощности N_В приводит к повышению давления р в гидролиниях 3 и 4.

Если суммарные затраты мощности Na=N_c+N_В (N_c - затраты мощности на преодоление тягового сопротивления) на функционирование агрегата превышают мощность двигателя трактора, то скорость движения агрегата начнет снижаться. Для восстановления прежнего значения скорости амплитуда колебаний уменьшается, так как N_c=Р_с·V.

Регулирование частоты и амплитуды может производиться через заданный интервал времени с возрастанием тягового сопротивления почвообрабатывающей машины или расхода мощности на функционирование агрегата свыше мощности двигателя трактора.

Применение предлагаемого способа регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов почвообрабатывающих машин и устройства для его осуществления не оказывает отрицательного влияния на окружающую среду, так как обеспечивает создание необходимой структуры почвы в обрабатываемом слое за один проход агрегата.

Формула изобретения

1. Способ регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов почвообрабатывающих машин, включающий измерение частоты и амплитуды колебаний рабочего органа, тягового сопротивления и скорости движения одновременно с началом движения почвообрабатывающей машины, отличающийся тем, что сначала производят регулирование частоты колебаний, а затем - амплитуды колебаний, причем каждое регулирование обеспечивает соответствие параметров колебаний наименьшему тяговому сопротивлению и сохранение скорости движения почвообрабатывающей машины.

2. Устройство для регулирования параметров колебаний вибрационных рабочих органов почвообрабатывающих машин, содержащее рабочие органы с вибровозбудителем, который соединен гидролиниями с гидроцилиндром, насос и гидромотор привода вибровозбудителя, отличающееся тем, что устройство снабжено блоками управления, формирования частоты и амплитуды колебаний, при этом на валу вибровозбудителя смонтирован датчик частоты вращения, шток гидроцилиндра имеет датчик перемещения, а гидролинии - датчики давления, причем вибровозбудитель и насос имеют регулирующие устройства, а гидролинии подпитки полостей гидроцилиндра соединены со сливной гидролинией гидромотора между ним и расположенным в его гидролинии регулируемым дросселем, причем датчики давления скорости и тягового сопротивления подключены к входам блока управления, к входу которого через блоки формирования частоты и амплитуды колебаний подсоединены датчик частоты вращения вала вибровозбудителя и датчик перемещения штока гидроцилиндра, датчики давления, скорости и тягового сопротивления подключены к входам блока управления, а регулирующие устройства насоса и качающего узла вибровозбудителя подключены к выходам блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3