книги из ГПНТБ / Хачатрян Х.А. Стабильность работы почвообрабатывающих агрегатов

X.А. Х А Ч А Т Р Я Н

СТАБИЛЬНОСТЬ РАБОТЫ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ

КОНТРОЛЬНЫЙ

Мо с к в а

«М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »

1974

Х29

УДК 631.31 : 531.41

Хачатрян X. А. Стабильность работы почвообра­ батывающих агрегатов. М., «Машиностроение», 1974,

206с.

Вкниге изложены особенности движения тракто­ ров, тракторных агрегатов и сельскохозяйственных машин в различных условиях местности, погоды и кли­ мата. Рассмотрена работа водителей на тракторах и сельхозмашинах в указанных условиях. Даны реко­ мендации по устойчивости мобильных агрегатов и стабилизации технологических процессов обработки почвы, посева, культивации и уборки урожая на мест­ ности со сложным рельефом. Предложен новый кри­ терий — стабильность процесса для оценки качест­ венных показателей обработки почвы и некоторых других процессов сельскохозяйственного производства. Приведены закономерности, позволяющие выбрать рациональный способ эксплуатации почвообрабаты­ вающих агрегатов в условиях горного земледелия.

423-230

038 (01)—74 230-74

© Издательство «Машиностроение», 1974.

ВВЕДЕНИЕ

Обилие продуктов и сырья для промышленности можно обеспе­ чить путем расширения площади земель, используемых в сельском хозяйстве, и интенсификации производства. Интенсификация сель­ скохозяйственного производства — это прежде всего увеличение продукции, получаемой с единицы занимаемой площади при возможно меньших затратах материальных средств и труда. В до­ стижении этой цели огромную роль играет механизация произ­ водственных процессов. Качество работ, выполняемых механиз­ мами, во многом обусловлено стабильностью технологических процессов. Под стабильностью понимается сохранение постоян­ ными в течение длительного времени основных параметров техно­ логического процесса. Для пахоты, например, это равномерность глубины обработки почвы, постоянство ширины захвата, одинако­ вое оборачивание пласта и рыхление почвы по пройденному аг­ регатом пути. При посеве—это-заделка семян на одинаковую глубину, сохранение нормы высева и другие параметры.

Однако такое определение стабильности и применяемые в на­ стоящее время оценочные показатели (среднее квадратическое от­ клонение, коэффициент вариации) не полностью раскрывают сущ­ ность стабильности процессов, что затрудняет выбор оптимальных параметров рабочих органов машин и агрегатов.

Внешние условия, влияющие на работу сельскохозяйственной техники, не остаются постоянными. Поэтому сохранить постоян­ ными основные параметры технологических процессов сельско­ хозяйственного производства не удается. Говоря о стабильности процессов, нужно предусматривать колебания параметров процес­ сов в некоторых пределах. Эти пределы в настоящее время опре­ деляются агротехническими допусками.

С совершенствованием конструкции машин стабильность тех­ нологических процессов повышается, что позволяет уменьшать допустимые по агротехническим требованиям пределы колебаний показателей различных процессов. Но пока изменчивость послед­ них остается настолько значительной, что приходится дифферен-

Г л а в а п е р в а я

ВНЕШНИЕ УСЛОВИЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ АГРЕГАТОВ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССАХ

Всельскохозяйственных производственных процессах глав­

ными являются технологические, остальные процессы, в том числе связанные с движением машин, — вспомогательные. Иногда технологические процессы так тесно переплетаются и взаимодей­ ствуют со вспомогательными, что их невозможно разделить.

К производственным процессам предъявляют требования ка­ чественного характера. Решающим в вопросах качества является способ выполнения основного процесса, а также характер проте­ кания вспомогательных процессов. Так, процесс обработки почвы включает в себя главным образом рыхление и частично оборот пласта, а также некоторые вспомогательные процессы, в том числе и не влияющие на окончательный результат, например, перемеще­ ние почвенной массы вперед.

Характер выполнения технологического процесса обработки почвы, его показатели обусловлены конструкцией рабочих Ор­ ганов машины и всего агрегата, скоростью движения, почвенными и другими условиями и, безусловно, работой водителя агрегата. Процесс обработки почвы является результатом работы сложной динамической системы (почвообрабатывающего агрегата) в усло­ виях непрерывно изменяющихся внешних случайных воздействий. Оценить результаты работы такой системы можно лишь характери­

сила, движущая агрегат; 2 ^ — сумма внешних сопротивлений (сопротивлений движению трактора, рабочего сопротивления сель­ скохозяйственной машины и т. д.).

В условиях эксплуатации все величины, входящие в это урав­ нение, переменны. Из-за многочисленности случайных факторов

5

процессы, происходящие при обработке почвы, являются случай­ ными в вероятностно-статистическом смысле.

Функция X (t) неслучайного аргумента t называется случай­ ной, если ее значение при любом t является случайной величиной. Полученный из опыта конкретный вид случайной функции назы­ вается ее реализацией, которая является неслучайной функцией. Совокупность п реализаций образует «семейство» или ансамбль реализаций. Когда аргумент случайной функции t принимает любые значения в заданном интервале (конечном или бесконеч­ ном), X (0 называется случайным процессом [11].

Наиболее полно случайную функцию характеризуют законы распределения. При решении практических задач удобно поль­ зоваться числовыми параметрами этих законов. Характеристиками могут служить математическое ожидание, дисперсия и корреля­ ционная функция.

Математическим ожиданием случайной функции X (t) назы­ вается неслучайная функция тх (t), равная при каждом аргу­ менте t математическому ожиданию случайной функции при данном t. Математическое ожидание тх (/) представляет собой некоторую среднюю функцию аргумента t, относительно которой располагаются (группируются) и различным образом варьируются конкретные реализации случайной функции.

персии случайной функции при данном аргументе. Дисперсия Dx(t) характеризует степень разбросанности реализаций случайной функ­ ции относительно ее математического ожидания.

Случайные функции могут быть стационарные и нестационар­ ные. Случайная функция стационарна, если ее корреляционная функция зависит от аргумента т. = t2 — t v но не от tx и t2 в от­ дельности. Для стационарной случайной функции статистические характеристики не зависят от начала отсчета времени.

Математическое ожидание и дисперсия стационарной случай­ ной функции постоянны. Они определяются выражениями

где / (х) -— плотность вероятности случайной функции.

6

Корреляционная -функция стационарной случайной функций

При исследовании работы почвообрабатывающих агрегатов статистические характеристики случайных функций обычно опре­ деляют опытным путем. Для дальнейшего анализа явлений корре­ ляционные функции стационарных случайных функций) представ­ ляемых в виде опытных кривых, часто аппроксимируются различ­ ными выражениями.

Корреляционные функции стационарных случайных процес­ сов, характерных для сельского хозяйства, аппроксимируются главным образом выражениями

где а, р — коэффициенты корреляционной связи. Могут быть применены также зависимости

Кроме корреляционной функции, используется спектральная плотность S (со), описывающая частотный состав процесса.

Величины 5 (со) и К (т) связаны прямым и обратным преобра­ зованием Фурье:

- со

К{%)= J е-'ш < 5 (со) da,

где со — круговая частота.

7

Приведенным корреляционным функциям соответствуют спек­ тральные плотности

При сравнительном анализе удобно пользоваться нормирован­ ными значениями корреляционной функции и спектральной плот­ ности:

; Неровности суши крупного масштаба (горные хребты) харак­ теризуют макрорельеф местности, менее значительные неровности (ущелья, бороздящие хребты) — мезорельеф местности, незначи­ тельные неровности, разность высот которых не превышает не­ скольких сантиметров — микрорельеф поверхности. Такое раз­ граничение чисто условное, границы его в значительной степени обусловлены особенностями рассматриваемой задачи.

Крупные и незначительные неровности местности по-разному влияют на работу сельскохозяйственных машин. Поэтому целе­ сообразно рассматривать их отдельно. В дальнейшем совокупность крупных неровностей (макрорельеф и мезорельеф) будем называть рельефом местности.

Ни одно из внешних условий не сказывается так непосред­ ственно и всесторонне на работу мобильных сельскохозяйствен-

8

ных агрегатов как рельеф местности. При уклонах местности на­ рушается равновесие агрегата, увеличивается опасность опроки­ дывания, возрастает количество поломок, затрудняется работа обслуживающего персонала. На пересеченной местности появ­ ляется опасность потери устойчивости, снижения стабильности и ухудшения качества выполняемых операций.

При работе на склонах почвообрабатывающий агрегат дви­ жется поперек, т. е. вдоль горизонталей местности. При этом беспрерывно изменяется его положение (крен) относительного го­ ризонта.

На работу сельскохозяйственных агрегатов влияет геометриче­ ская форма горизонталей местности. Если они прямолинейны, то и участок в полосе, по которой движется сельскохозяйственный агрегат, может быть назван прямым. Чаще всего горизонтали местности криволинейны, с переменным радиусом кривизны. Дви­ гаясь по контуру, склона сельскохозяйственные агрегаты описы­ вают криволинейную траекторию.

При работе поперек склона в общем случае агрегат переме­ щается по криволинейной траектории и одновременно имеет по­ перечный крен. Следовательно, рельеф местности, с точки зрения его влияния на работу мобильных агрегатов, должен оцениваться поперечным уклоном и кривизной горизонталей. Из-за перемен­ ности кривизны горизонталей оценка рельефа полей весьма затруднительна. Но благодаря тому, что на участках, где произ­ водятся сельскохозяйственные полевые работы, радиусы кривизны горизонталей обычно очень большие, их можно принять бесконеч­ ными и рельеф оценивать только поперечным уклоном.

Поперечный уклон местности также непостоянен, несмотря на то, что участки на склонах располагают так, чтобы длинная сторона занимала поперечное направление и при этом по возмож­ ности отсутствовала двойная крутизна местности. Такое располо­ жение участков облегчает организацию работы почвообрабаты­ вающих и других агрегатов и заметно снижает опасность водной эрозии почвы.

Изменение поперечного уклона для полосы, в которой работает агрегат, рассмотрим как случайную функцию пути / и обозна­ чим v (/). При каждом проходе агрегат получает крен, отличный от первого. Поэтому статистические характеристики функции v (I) во всех случаях нужно определять по ансамблю реализаций для всей ширины полосы, на которой работает агрегат. Иссле­ дования показали, что часто функция v (/) является стацио­ нарной.

Нестационарность функции v (/) обычно выражается в виде непостоянства математического ожидания. В натурных условиях это соответствует случаю, когда уклон местности постепенно изменяется вдоль горизонталей. Такие случайные функции легко приводятся к станционарным. Но нередко в них изменяются дис­ персии, что указывает на волнистость поверхности участка.

?