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

торым данным дисперсия микрорельефа поверхности хлопкового поля после посева составила 1,67 см2 , после первого полива она увеличилась до 1,83 см3 , а после второго—до 2,18 см2 .

Неровности поверхности поля и извилистость рядков растений затрудняют их точное копирование. Отрицательно влияют также зазоры в механизме рулевого управления трактора и в местах соединения тяг.

Важнейшим критерием, характеризующим качество работы пропашного агрегата, является степень повреждения культур­ ных растений. Последняя зависит от точности копирования ряд­ ков рабочими органами культиватора и от ширины защитной зоны.

Известно, что всходы растений пропашных культур распола­ гаются в некоторой полосе рассеивания. Поэтому водитель ориен­ тируется не на отдельное растение, а на осевую линию данной

Точность копирования можно оценить коэффициентом взаимной корреляции между рядками растений и траекторией рабочих органов культиваторов. Однако такая оценка осложняет исследо­ вание, так как в зависимости от расположения лап культиватора траектория их становится несколько иной. Кроме того, траекто­ рия движения лап культиватора зависит от траектории движения

ных в центральной части машины. Поэтому вместо траектории отдельных культиваторных лап рассмотрим движение кинемати­ ческого центра агрегата (к. ц. а). Такое исследование позволяет

щим собой несл-учайные числа или функции. Такой процесс может быть приведен к нормально стационарному, обладающему свой­ ством эргодичности относительно своего математического ожида­ ния и дисперсии.

160

Рис. 38. Процесс боковых отклонений кинематического центра агрегата от оси рядка растений:

а — при криволинейной оси рядка; б — при прямолинейной оси рядка; 1 — траектория к. ц. а.; 2 — ось рядка

Известно, что под влиянием многих факторов практически невозможно достичь точного копирования (воспроизведения) рядка растений к. ц. а. Этого и не требуется, так как защитные зоны позволяют рабочим органам культиватора двигаться в между­ рядьях с некоторым отклонением относительно рядка растений. Ширина защитной зоны при известных значениях дисперсии траек­ тории лапы культиватора определяется формулой (143). Ста­ бильность процесса копирования рядков растений рабочими органами культиватора можно оценивать не только математи­ ческим ожиданием, дисперсией и корреляционной функцией случайного процесса, но и средним числом выбросов vB в единицу

не трудно проверить экспериментально), то величина v6 ) характе­ ризующая внутреннюю структуру и показывающая степень динамичности процесса,

Формулу (145) можно представить в следующем виде, если учесть, что заданный уровень а 2 может превышаться слева направо и справа налево, а также, если подставить значение av

уровень ± а 2 позволяет количественно оценить качество между­ рядной обработки, т. е. зная характер движения лап культивато­ ров, определить конкретную степень повреждения культурных растений. При этом принимают, что количество поврежденных растений, выраженное в процентах, связано с продолжительностью нахождения лапы культиватора за защитной зоной ближе к расте­ ниям (при этом к. ц. а. находится вне зоны ± а 2 ) выражением

П = /в -100.

Показатель 1а, характеризующий вероятную относительную длительность нахождения рассматриваемой функции вне заданных пределов ( ± а 2 )

цесса культивации пропашных культур в некоторых опытах опре­ делялось в искусственно созданных условиях. Для этого рядки растений имитировались мерной проволокой, окрашенной в зеле­ ный цвет. Во всех опытах задаваемая траектория принималась прямолинейной или синусоидальной. Параметры синусоиды наз­ начались исходя из результатов наблюдений за работой посевных и посадочных агрегатов. Так статистическая обработка данных этих наблюдений позволила выбрать период синусодиы Ts = 50- и амплитуду А — 20 см.

След кинематического центра агрегата на поверхности поля фиксировался цветной водяной струей, а боковые отклонения— непосредственным замером на поле с точностью до 1 см. Ввиду

162

эргодичности рассматриваемого процесса каждый вариант опыта производился одной реализацией. Продолжительность ее равня­ лась 500 м, шаг фиксации-0,6 м.

На точность копирования при культивации влияют многие факторы. Основными из них являются поведение водителей, состояние микрорельефа поверхности поля, скорость движения агрегата, техническое состояние ходовой части трактора и форма рядков растений. Все эти факторы действуют совместно.

Чтобы установить, как влияет давление в направляющих Р„ и ведущих Рв колесах (шинах) трактора на точность копирования рядков растений, было проведено 6 серий опытов при работе на скоростях 2,8 и 8,15 км/ч.

Обработка опытных данных на ЭЦВМ позволила установить вид аппроксимирующего выражения корреляционной функции

и прямолинейной заданной траектории движения показаны на рис. 39, а, б. Из этого рисунка видно, что при уменьшении давле­ ния в передних (направляющих) колесах от 36,0 до 7,0 Н/смг преобладающие частоты убывают, т. е. процесс становится низко­

же давления максимальное значение кривых нормированных спек­ тральных плотностей уменьшается и принимает наименьшее зна­ чение при Ри — 36,0 Н/см2 . Следовательно, повышение давления в направляющих колесах приводит к нежелательному возраста­ нию динамичности процесса. С другой стороны, при увеличении жесткости шин возрастает деформация почвы, ухудшаются усло­

Рис. 40. Нормированные спектральные плотности процесса у (/),

при заданной синусоидальной траектории и скорости движения агрегата:

Такая закономерность наблюдалась и при синусоидальной траектории (рис. 40, а, б). В этом случае также Рв = 10,0 Н/см2 ,

рис. 39, показывает, что для прямолинейной траектории с увели­ чением скорости агрегата v от 2,8 до 8,15 км/ч процесс у (/) ста­ новится более низкочастотным. Так, если при v = 2,8 км/ч пре­ обладающие частоты располагаются в диапазоне со = 0,08н-0,12 1/м, то при v = 8,15 км/ч они смещаются несколько левее. Необ­ ходимо отметить, что при увеличении скорости агрегата частота регулирующих воздействий водителя оставалась почти постоянной

На рис. 40 показаны спектральные плотности, когда заданная траектория является синусоидальной. В этом случае с увеличением скорости движения преобладающие частоты смещаются в сторону высоких значений. Так, увеличение скорости передвижения агре­ гата от 2,8 до 8,15 км/ч приводит к смещению диапазона преоблада­ ющих частот от 0,095—0,125 до 0,13—0,23 1/м. Следовательно, с возрастанием скорости обработки извилистых междурядий про­ цесс у (I) становится высокочастотным.

Объясняется это, по-видимому, тем что при прохождении криволинейных междурядий на высоких скоростях водитель, опа­ саясь повредить растения, чаще, но более кратковременно, про­ изводит регулирующие действия при управлении трактором. Этим объясняется и тот факт, ;что при одинаковой скорости пере­ движения агрегата с увеличением извилистости (криволинейности) заданной траектории возрастают преобладающие частоты и хаотич-

164

агрегата, пневматические шины низкого давления. Действительно,

вается на точности копирования. Однако необходимопомнить, что чрезмерное понижение давления приводит к уменьшению жест­

скорость движения агрегата существенно влияют на стабильность

анализом только спектральной плотности н показателя стабиль­ ности процесса, так как они не дают количественной оценки каче­ ства междурядной обработки. В этом аспекте к важнейшим стати­

техническим требованиям. В данном случае в качестве примера

показаны на рис. 42. Из анализа рисунка следует, что независимо

25,0 Н/см2 . Таким образом, с увеличением или чрезмерным умень­ шением давления в шинах направляющих колес степень поврежде­ ния культурных растений возрастает. Объясняется это тем, что при Рн > 25,0 Н/см2 сцепление шин с почвой ухудшается. Кроме того, с повышением жесткости ободов колес агрегат становится более чувствительным к неровностям поверхности поля. Увели­

166

управляемости, агрегата, вызванного увеличением бокового увода шин.

Были проведены опыты, в процессе которых определялось влияние давления в шинах ведущих (задних) колес трактора на качество междурядной обработки. Оказалось, что давление прак­ тически не влияет на качество междурядной обработки.

Рассмотрим, как влияет точность копирования рядков расте­ ний рабочими органами культиваторов на качество междурядной обработки пропашных культур.

Во время опытов техническое состояние ходовой части трак­ тора было удовлетворительное, причин для изменения поведения водителя не возникало, неровности поверхности поля мало выде­ лялись и не могли существенно влиять на отклонения агрегата в плоскости поля. Поэтому точность копирования в основном обусловливалась скоростью агрегата при его движении в рядках различной извилистости.

При копировании прямолинейных рядков водитель работает без особых затруднений. Он следит за направлением центрального рядка и старается вести агрегат параллельно ему. Закономерности изменения процесса у (/) показаны выше. Но, помимо процесса у (0, на точность копирования рядков растений рабочими орга­ нами культиваторов влияют и другие факторы. Например, нерав­ номерность сопротивления культиватора по ширине захвата, что приводит к колебанию машины относительно трактора. Очевидно, колебания эти будут сказываться на качестве работы сильнее при неравномерном микрорельефе поверхности поля и при небольшой глубине хода рабочих органов. Определенную роль при этом должна играть ширина захвата культиватора.

При движении в прямолинейных рядках растений повышение скорости агрегата до определенных пределов увеличивают точ­ ность копирования в результате уменьшения поперечных колеба­ ний культиватора. При высокой скорости движения случайные возмущения, стремящиеся отклонить культиватор, быстро чере­ дуются, и он не успевает полностью среагировать на действие каждого возмущения. С повышением скорости возрастает общее рабочее сопротивление, что также в какой-то степени препятст­ вует свободным поперечным колебаниям, и культиватор меньше отклоняется по отношению к трактору. Когда копирующие рядки извилисты, то с увеличением скорости движения поперечные коле­ бания культиватора по отношению к трактору возрастают.

Влияние скорости на качество работы пропашных агрегатов проявляется по-разному в зависимости от формы рядков растений. Игнорирование последней приводит к противоречивым мнениям о влиянии скорости. Этим, по-видимому, можно объяснить, напри­ мер, непонятные на первый взгляд результаты опытов, А. М. Дани­ лова.

При междурядной культивации на скорости 5,4 км/ч урожай зеленой массы кукурузы составил 88 ц/га,"на скорости 7,3 км/ч —

167

62 ц/га, а при 9,1 км/ч — 87 ц/га. На другом участке при скоро­ стях 4,9; 6,6 и 11 км/ч урожай зеленой массы кукурузы соответ­ ствовал 316; 328 и 320 ц/га. Очевидно, в последнем примере ряды растений имели извилистость, и повышение скорости по-разному сказывалось на повреждении растений.

Особенности движения культиваторных агрегатов, обусловленные субъективными факторами

Качество выполнения некоторых процессов сельского хозяй­ ства (например, культивация пропашных культур) может зависеть от психофизиологических особенностей водителей. Приняв, что в таких случаях действие водителей является объективно необхо­ димым для данной ситуации и логичным, можно вывести зависи­ мости для управляемых агрегатов.

Основным способом исследования процессов, в которых пове­ дение водителя играет заметную роль, должен служить экспери­ мент. Полученные при этом данные необходимо обрабатывать веро­ ятностно-статистическими методами. Если определяется влияние субъективных особенностей водителей на работу агрегата при аналогичных внешних условиях, то в опытах должны участвовать несколько водителей желательно различной квалификации. Резуль­ таты опытов, проведенных с участием одного водителя, нередко довольно резко отличаются от идентичных результатов, полу­ ченных с участием другого водителя. Эта разница особенно заметна при работе в трудных условиях.

Опыты проводились в производственных условиях. Трактор МТЗ-50 в агрегате с культиватором КРН-4,2 работал в междурядь­ ях шириной 70 см. Водитель при управлении трактором ориенти­ ровался по рядкам растений. Дисперсия отклонения растений от оси ряда на опытном участке составляла 22J—48 см2 , установленная глубина обработки почвы 12 см, скорость движения агрегата 6,8 км/ч. Особенность опытов заключалась в следующем. Поле было орошаемым, поливные борозды после нескольких поливов частично разрушены. Направление продольных валиков и борозд было беспорядочным, что затрудняло сохранение заданного напра­ вления движения агрегата параллельно рядкам растений. В таких сложных условиях работы довольно заметна была разница в ква­ лификации водителей.

В опытах участвовало пять водителей. Измерялись отклонения точек траектории агрегата от соответствующих точек рядков расте­ ний на каждом метре'по длине гона, т. е. расстояние от следа культиваторной лапы до рядков растений. Оно по пройденному агре­ гату пути изменяется однородно, а случайный процесс и (I) явля­ ется стационарным.'

Построенные по опытным данным кривые корреляционной функции аппроксимировались известными алгебраическими выра­ жениями. Рассчитывались также спектральные плотности про-

168

В рассматриваемом эксперименте расстояние следа культиваторной лапы от рядка растений принято за случайный процесс,, свободное боковое перемещение культиватора относительно трак­ тора, возникающее благодаря зазору в шарнирных соединениях,, а также упругим деформациям системы, — за случайную величину. Свободное боковое перемещение в основном обусловлено неравно­ мерностью рабочего сопротивления культиватора^о ширине за­ хвата.

На процесс и (/) может влиять зазор в механизме рулевогоуправления трактора и другие случайные величины. Но большие значения D0 нельзя объяснить только этими факторами, так как они действовали и в предыдущих опытах и не оказывали замет­ ного влияния на процесс и (/).

Основная причина появления постоянной части дисперсии про­ цесса и (/), по-видимому, — неровности поверхности поля. Беспо­ рядочные продольные борозды мешали копированию рядков расте­ ний. И даже опытный водитель не мог нейтрализовать отрицатель­ ное влияние микрорельефа поверхности поля на рассматриваемый

. процесс, но действие некоторых факторов он свел к минимуму. Сравним работу водителей 3 и 4. В результате умелого управле­ ния агрегатом первый водитель заметно снизил постоянную частьдисперсии, а значит и общую дисперсию процесса. У водителя же.

16*