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

являлось расстояние /. Полученные результаты после обработки на ЭЦВМ дали корреляционные функции, которые аппроксимиро­

и коэффициенты корреляционной связи, легко определить спек­ тральные плотности процессов. Однако такой переход необяза­

Опыты под номером 1 являются контрольными, пахотный агре­ гат в это время двигался прямолинейно с равномерной скоростью. В опытах 2, 3, 4, 5, 6 отражена извилистость траектории агрегата (синусоидальная кривая с различными амплитудами и периодами колебания). В качестве оценочного показателя технологического процесса использована стабильность различных операций, харак­

140

* в %. «

141

мерной связи между р с р и D0, а также Dx не наблюдается. Оче­ видно для стабильности технологического процесса кривизна траектории не является главным и определяющим. Правда, ее влиянием пренебрегать нельзя, так как кривизна траектории изменяет равномерность глубины хода машины, а также ширину ее захвата и тем самым в какой-то степени нарушает стабильность технологических операций обработки почвы. Однако такая кос­

между шириной захвата плуга, глубиной обработки почвы и сред­ ним радиусом кривизны траектории агрегата при движении послед­ него по синусоиде не совсем четкая, что, по-видимому, можно объяснить сложностью происходящих явлений. В таких случаях при анализе опытных данных (табл. 5) можно пользоваться коэф­ фициентами корреляционной связи.

Результаты опытов показывают, что с увеличением извили­ стости траектории движения пахотного агрегата коэффициент а

станием извилистости траектории пахотного агрегата кривые нормированных спектральных плотностей всех процессов растя­ гиваются, преобладающие частоты в процессах снижаются, пере­ мещаясь в сторону больших круговых частот. Характер процес­ сов становится хаотичным, приближаясь к «белому шуму». Такая закономерность отмечается для всех приведенных технологиче­ ских показателей вспашки, между тем извилистость траектории агрегата по-разному влияет на математическое ожидание этих же показателей (рис. 31 и 32).

На показатель стабильности технологических операций обра­ ботки почвы значительно влияет (непосредственно и прямо)

условий, при которых происходят технологические операции, поэтому, чем ниже этот показатель, тем меньше изменяются условия, и стабильнее протекает процесс. Самое низкое значе­ ние Д , будет, когда условия не изменяются. Конечно, внешние усло­ вия, при которых происходят почвообрабатывающие процессы, определяются не только показателем V c p , но и он играет суще­ ственную роль.

Сказанное хорошо иллюстрируется данными, показанными на рис. 33. Графики построены с использованием опытных данных табл. 5. На рисунках изображена только часть показателей, для остальных показателей приведенная зависимость сохраняется.

Непосредственная связь между параметрами Dv и V c p позво­ ляет сделать вывод, что с повышением переменности кривизны траектории агрегата и ее извилистости стабильность технологи­ ческих процессов снижается с нарастающей закономерностью.

142

Как и раньше, опыт 1 прово­ дился при прямолинейном движе­

нии агрегата с равномерной поступательной скоростью. Во время остальных опытов извилистость траектории агрегата соответ­ ственно увеличивалась. Результаты опытов показывают, что возрастание извилистости траектории движения пахотного агре­ гата увеличивает хаотичность процесса Р {I). Если учесть также,

При движении агрегата по криволинейной траектории увели­ чение скорости не стабилизирует процесс Р (/). Наоборот, он ста­ новится более хаотичным.

24. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ СКОРОСТИ Д В И Ж Е Н И Я АГРЕГАТА И КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

На процесс обработки почвы влияет не только прямолиней­ ность (степень прямолинейности) траектории движения агрегата, но и равномерность скорости его движения. К сожалению, этот вопрос исследован недостаточно.

Изменить скорость по заранее заданной закономерности до­ вольно трудно. Важную роль здесь играют начальное значение поступательной скорости трактора и его масса, а также состоя­ ние поверхности поля.

Вопрос влияния равномерности скорости движения агрегата на качество обработки почвы приобретает важное значение в связи с повышением рабочих скоростей. Известно, что с возрастанием ускорения динамические показатели процесса ухудшаются. Они становятся малоустойчивыми, качество обработки почвы сни­ жается. Опыты показывают, что с повышением скорости ускоре­ ние агрегата возрастает в степенной зависимости.

В натурных условиях довольно сложно искусственным путем получить различные ускорения для почвообрабатывающих агрега-

143

тов. Поэтому ограничимся рассмотрением влияния равномерности скорости движения агрегата на качественные показатели.

Опыты проводились на одном и том же поле при начальной скорости движения трактора v — 1,42 м/с. Скорость трактора периодически снижалась путем мгновенного снижения подачи топлива на 50% и возвращения рычага подачи топлива в перво­ начальное положение. В процессе опытов регистрировалась частота периодического изменения положения рычага подачи топлива пт .

На рис. 34 показана зависимость основных показателей вспашки от частоты пт , или что то же самое, зависимость основ­

личением частоты изменения скорости, т. е. при возрастании нерав­ номерности скорости движения агрегата дисперсия всех техноло­ гических показателей вспашки повышается. Одновременно изме­ няются значения самих показателей. Ширина захвата плуга, крошение и вспушенность почвы сначала снижаются, а затем после определенного минимального значения постепенно возра­ стают. С увеличением частоты пт глыбистость и гребнистость по-

сопротивление

144

имеющих другие физико-механические условия, этот интервал, очевидно, будет.иным.

Наличие экстремальных значений технологических показа­ телей вспашки при изменении частоты /гт , по-видимому, можно объяснить эффектом вибрации. Если до п т я а 0 , 3 1 / с ухудшение технологических показателей можно объяснить снижением ста­ бильности процесса, то при /гт > 0,3 1/с, видимо, постепенно начинает действовать эффект вибрации, при котором улучшаются рыхление почвы и технологические показатели вспашки. Этим же, вероятно, следует объяснить снижение тягового сопротивления плуга при повышении частоты пт.

Вопрос о влиянии частоты изменения скорости движения агре­ гата на технологические и энергетические показатели вспашки исследован пока не полностью. Дальнейшее изучение этой про­ блемы позволит выявить пути создания почвообрабатывающих машин, работающих по принципиально новой технологии.

Процессы, происходящие при вспашке, рассматривались как стационарные и случайные, а их корреляционные функции аппрок­ симировались выражением (129). Полученные коэффициенты кор­

что соответствует корреляционной функции, записанной в виде зависимости (129).

Результаты опытов дают вполне определенные зависимости. Так с увеличением частоты изменения скорости движения агрегата дисперсия процессов возрастает для всех технологических пока­ зателей вспашки. Повышаются показатели D0, т. е. стабильность процессов снижается.

Увеличение частоты неравномерности поступательной скоро­ сти движения пахотного агрегата влияет на технологические пока­ затели вспашки в основном так же, как и увеличение извилистости (интенсивности изменения кривизны) траектории движения агре­ гата. Известно, что благодаря стабильности технологических процессов обработки почвы урожайность сельскохозяйственных культур повышается, потери при уборке снижаются. Поэтому определение стабильности процессов с целью выявления наилуч­ ших условий работы агрегатов приобретает важное значение.

Нами были рассмотрены особо сложные процессы. Аналогич­ ные исследования проводятся проще, когда траектория агрегата мало отличается от прямолинейной. При анализе процессов может быть использована приведенная схема.

Т а б л и ц а 6 Коэффициенты корреляционной связи случайных процессов при вспашке

* в %«.

146

Г л а в а п я т а я

РАБОТА АГРЕГАТОВ ПО СПОСОБУ КОПИРОВАНИЯ

25. СВЯЗЬ М Е Ж Д У ИСХОДНОЙ И ВОСПРОИЗВОДИМОЙ Т Р А Е К Т О Р И Я М И АГРЕГАТОВ

Распространенным способом работы мобильных сельскохозяй­ ственных агрегатов является копирование. Глубокая обработка почвы, посев, многие операции по уходу за однолетними и много­ летними культурами и другие работы выполняются по этому способу. При работе по способу копирования агрегат повторяет очертания базисной кривой, в качестве которой могут использо­ ваться край вспаханного поля, след маркера, рядки растений.

Необходимая точность копирования зависит от вида выполня­ емой работы. Агротехническими требованиями предусматриваются ограничения, направленные на повышение качества выполняе­ мых операций и уменьшение потерь урожая. При этом учитываются сложность выполняемых операций и в какой-то мере уровень развития сельскохозяйственной техники. Однако требования к «качеству» копирования при выполнении различных операций определяется не совсем четко.

Работа по способу копирования используется только в сель­ ском хозяйстве. Аналогом этого способа является слежение за движущимися целями (самолетами, ракетами), применяемое в воен­ ном деле. Но в последнем случае цель движется в пространстве, поэтому при исследовании работы по способу копирования нельзя использовать закономерности, известные в этой области науки.

Трудно копировать извилистую базисную кривую. Легче всего копировать прямую. При выполнении некоторых работ в таких случаях получается почти прямолинейная траектория. Прямолинейность траектории обеспечивает высокую производи­ тельность агрегата, облегчает проведение последующих операций, улучшает качественные показатели технологического процесса. Однако переменность внешних условий и ограниченность возмож­ ностей водителей осложняют процесс копирования.

Высокая точность копирования необходима при культивации пропашных культур, когда небольшие отклонения агрегатов от заданного направления могут привести к повреждению растений. В дальнейшем рассматривается процесс копирования при возде-

лывании именно таких культур, так как он является наиболее сложным.

Оценка связи между предыдущим и последующим проходами мобильных сельскохозяйственных агрегатов представляет опре­ деленные трудности. Назовем траекторию рассматриваемой точки агрегата при предыдущем (или первоначальном) проходе исход­ ной, а траекторию, получаемую вслед за предыдущей *— после­ дующей. Характер связи между этими траекториями во многом определяет качество выполнения многих операций полеводства.

При изучении технологических показателей процесса обра­ ботки почвы в качестве воспроизводимой необходимо рассматри­ вать траекторию определенной точки рабочего органа, непосред­ ственно выполняющей требуемую операцию.

Вид траектории различных точек рабочих органов обусловлен главным образом характером движения самого агрегата. Поэтому приходится оценивать связи между траекториями соседних про­ ходов сельскохозяйственных агрегатов и их рабочих органов.

Траектория движения агрегатов в полевых условиях, даже при активном воздействии водителя на органы управления, не может быть строго прямолинейной, так как агрегат постоянно подвер­ гается действию случайных возмущений. Характер извилистости траектории агрегата оценивают не только средиеквадратическим отклонением сткр ее точек от заданной прямой, но и некоторыми другими показателями. Пользуются, например, такой зависи­ мостью,

где Уаь*— Длина прямой, соединяющей начальную и конечную точки траектории агрегата.

Коэффициент х\аЬ показывает удлинение единицы расстояния (пути агрегата) при извилистой линии, соединяющей точки а и Ь.

148

Прямолинейность траектории управляемого агрегата можно характеризовать косвенными показателями. Например, частотой отклонения агрегата от прямой линии на единицу пути, или сум­ марной продолжительностью управляющих воздействий водителя на рулевой механизм колесных тракторов, когда направление движения агрегата задано прямой. Можно использовать и другие аналогичные показатели. Однако все они являются сложными, ими трудно оперировать, особенно когда приходится сопоставлять характер траекторий, полученных при различных условиях. С помощью таких показателей, в том числе и коэффициентом, выраженным формулой (131), трудно оценить связь между двумя

Рядки при частом расположении растений также можно принять непрерывными. Однако извилистость этих кривых удобно характе­ ризовать отклонениями xt их. точек, взятыми через определенные небольшие интервалы, от заданной прямой, и рассматривать процесс х (/).

Фактически xL являются координатами случайного процесса х(1). Такое допущение приемлемо, когда общее направление движения агрегата близко к прямой, т. е. ось его траектории с достаточ­ ной для практики точностью можно принять за прямую.

Обычно при достаточной длине траектории агрегата или ряд­ ков растений описываемый процесс является стационарным. Часто он обладает эргодическими свойствами. Все это позволяет при оценке связи, например, между рядками растений и траек­ торией рабочих органов пропашных агрегатов, т. е. между про­ цессами (I) и у (/), применять статистическо-вероятностные методы.

Случайные функции х (/) и у (/) составляют системы. Система может быть названа стационарно связанной или стационарной системой в широком смысле, если случайные функции, состав­ ляющие систему, стационарны по отдельности, а взаимные кор­ реляционные функции, образующие систему случайных функ­ ций, зависят от разности аргументов 1Х и 12. Стационарность си­ стемы, составленной случайными функциями х (/) и у (/), можно проверить экспериментально.

При определении признаков стационарности случайных функ­ ций х (/) и у (/) подчеркивается прямолинейность заданного на­ правления движения агрегата. В этом случае постоянство мате­ матического ожидания случайной функции не вызывает сомнений. Но в более общем случае заданное направление движения агрегата может быть кривым (например, окружностью). При этом, если математическое ожидание случайной функции относительно задан­ ной кривой (эту кривую, если известно ее уравнение, можно рассматривать как координату системы) постоянно а автокор-

149