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

тельно пологой (приближалась к «белому шуму), что свидетель­ ствуемо большой динамичности процесса и (/). Иными словами, при работе водителя 4 расстояние между траекторией движения лапы культиватора и рядков растений часто значительно изменя­ лось. Следовательно, рядки растений копировались плохо и качество культивации пропашных культур было низким.

в этом случае, необходимо руководствоваться следующим. Боль­ шая дисперсия процесса говорит о значительных отклонениях лапы от середины рядка, что очень опасно при культивации про­ пашных культур. Пологость кривых спектральных плотностей свидетельствует о большой динамичности процесса, что также нежелательно. Однако для рассматриваемого процесса увеличение дисперсии опаснее, чем повышение динамичности. С этой точки зре­ ния качество культивации1 , проведенной водителем Д более высокое.

Для многих сельскохозяйственных операций свойственно вос­ произведение предыдущей траектории движения одного и того же агрегата. Именно так производится пахота, сев и другие процессы.

При работе в междурядьях прямолинейность, а также другие характеристики рядков растений на одном участке могут значи­ тельно изменяться. При выполнении других операций, за редким

дит к тому, что каждой скорости соответствуют определенные характеристики исходных и воспроизводимых траекторий. При культивации этого не наблюдается, что и учитывается при анализе результатов экспериментов.

Большой практический интерес представляет изменение харак­ теристик стационарного случайного процесса и (/) при повышении скорости движения агрегата, когда последний копирует свою предыдущую траекторию. Выбор типа агрегата в этом, вопросе не имеет принципиального значения. Агрегат работал на скоро­ стях движения 6,8; 8,1; 9,5; 11,6 км/ч. В опытах участвовали водители 1 и 4 (см. табл. 7), т. е. те водители, показатели работы которых больше всего отличались один от другого. Основные результаты опытов показаны на рис. 43.

С повышением скорости движения дисперсии отклонений у исходной и воспроизводимой траекторий уменьшаются. Случай­ ная функция и (/) не может выразить их сложное взаимовлияние. Поэтому для оценки качества копирования в этом случае исполь­ зуется коэффициент взаимной корреляции.

Анализ значений гху, полученных при работе водителя / , показывает, что с повышением скорости движения связь между

170

Г л а в а ш е с т а я

РАБОТА АГРЕГАТОВ НА МЕСТНОСТИ СО СЛОЖНЫМ РЕЛЬЕФОМ

27. Д В И Ж Е Н И Е КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ ПО К О Н Т У Р У СКЛОНА

Движения тракторов на террасах и по горизонтальной мест­ ности мало чем отличаются. Единственное отличие заключается в заранее предусмотренной (в первом случае) извилистости траек­ тории. Подобное движение рассмотрено ранее. Остановимся на устойчивости движения тракторов, работающих на нетеррасированных склонах.

Сельскохозяйственный агрегат, работающий в поперечном направлении склона вдоль горизонталей местности, совершает

движется строго вдоль горизонталей местности, то продольная ось его остается горизонтальной, а наклон поперечной оси равняется углу склона. Рассмотрим движение агрегата по склону, имею­ щему односторонний уклон.

Трактор, двигаясь поперек склона, стремится повернуться вниз по склону. Это явление называется «самопроизвольным пово­ ротом трактора по склону вниз», причем для колесных тракторовоно значительно больше, чем для гусеничных.

Для определения самопроизвольного поворота колесноготрактора рулевое колесо фиксируют заранее в нейтральном поло­ жении, трактор направляют поперек склона и затем управлениеим прекращают. Пройдя вдоль горизонталей некоторое расстоя­ ние, трактор начинает поворачиваться вниз. При этом его про­ дольная ось составляет с горизонтом все увеличивающийся угол Hi, а поперечная — все уменьшающийся угол |д.г (рис. 44).

Поворот трактора вниз прекращается при угле (Хц равном углу склона v, и |д-2 = 0, т. е. когда трактор начинает двигаться вдоль склона вниз. В промежуточном положении, когда угол продоль­

172

Рис. 44. Схема движения колесного трактора на склоне

При движении по склону силу тяжести трактора можно раз­ ложить на составляющую Gsinv, действующую в центре тяжести трактора и направленную вниз по склону параллельно поверх­ ности поля, и на G cos v, действующую вертикально относительно поверхности поля.

Обозначим (рис. 44): L T —продольная база трактора; Лц.т — высота центра тяжести трактора над уровнем земли; /п — расстоя­ ние от центра тяжести до задней оси трактора.

Вертикальная реакция почвы на оба передних колеса трактора

В момент, когда поперечная ось трактора составляет с горизон­ том угол ц 2 , вертикальные реакции почвы распределяются по ко­ лесам трактора следующим образом.

Вертикальная реакция почвы, приходящаяся на переднее колесо, движущееся по нижней стороне склона,

Я™ = £ [in ( х cos v + ^ sin v cos б) + *| - т sin v sin б] ,

где В —< колея трактора.

173

Вертикальная реакция почвы, приходящаяся на переднее колесо трактора, движущееся по верхней стороне склона, будет

Вертикальные реакции почвы, приходящиеся на задние колеса трактора:

- ' i | ^ s i n v s i n 6

При движении трактора поперек склона реакции почвы на колесе будут следующими:

^ H = t ( i c o s v + \ i s i n v ) ;

в плоскости, параллельной поверхности поля, действуют (рис. 45): QnB> Qmp Фзв> Q3H — силы сопротивления перекатыванию

колес; Fx, F2, F3, F4 —поперечные реакции почвы; PK l , РКг — касательные силы тяги трактора; MR — момент сопротивления повороту.

174

Силы сопротивления перекаты­ ванию колес прямо пропорцио­ нальны вертикальной нагрузке, приходящейся на колеса. Следо­ вательно,

где fi и /2 —коэффициенты сопро­ тивления перекатыванию ведомых и ведущих колес трактора.

На склонах с твердым почвен­ ным покровом поперечное сколь­ жение чаще всего отсутствует. Это

=0).

Однако большое колебание ми­

крорельефа может способствовать поперечному скольжению трактора по следующим причинам.

При движении трактора колеса поднимаются на выступы, уклон

которых суммируется с уклоном местности, что значительно увеличивает общий уклон. На таких выступах колесо может скользить по склону вниз до встречи с дном рядом находящейся впадины. Однако в момент скольжения одного колеса другое',, жестко соединенное с первым, должно занимать такое положение, чтобы содействовать или хотя бы не препятствовать скольжениютрактора вниз по склону. С возрастанием уклона местности и большом колебании микрорельефа возможность такого аперио­ дического скольжения трактора вниз по склону увеличивается.. Скольжение колес в обратную сторону, т. е. в сторону подъема*, практически невозможно.

Скольжение колесного трактора по склону вниз возможнотакже при работе на очень рыхлой почве в результате ее боковой: пластической деформации. Боковая пластическая деформация почвы под колесами трактора особенно заметно проявляется в- процессе движения на рыхлых почвах.

Следовательно, при движении трактора по склону поперечноескольжение возможно, но оно существенно лишь на больших уклонах и при определенных почвенных условиях. Если имеет место поперечное скольжение, то, естественно, возникает и момент-

175.

"низмы, при которых Р к , = Ркг- На некоторых колесных тракто­ рах дифференциальный механизм можно блокировать, однако

поверхности поля, развивают момент относительно центра тяже­

Из анализа этого выражения видно, что момент, отклоняющий •трактор по склону вниз, тем значительнее, чем больше уклон местности и чем выше расположен центр тяжести трактора. По мере отклонения трактора от поперечного направления склона момент М уменьшается.

На самопроизвольный поворот колесного трактора на скло­ нах большое влияние оказывает также боковая упругость шин.

Известно, что с увеличением уклона местности и высоты распо­ ложения центра тяжести трактора его самопроизвольный поворот

1П от центра тяжести до задней оси трактора.

С целью уточнения влияния расположения центра тяжести колесного трактора МТЗ-50 на характер движения вдоль горизон­ талей местности его направляющие колеса закрепляли в нейтраль­ ном положении и пускали двигатель. Трактор двигался без управ­ ления. Под влиянием составляющей собственной силы тяжести, направленной по наименьшему скату, трактор постепенно откло­ нялся от горизонтали местности, и чем дальше, тем больше. За начало отсчета принималась точка, где продольная ось трактора' паралельна горизонталям местности. Опыт прекращался, когда •трактор проходил по прямой 35 м от точки отсчета. Так как при •самопроизвольном повороте вправо и влево трактор проходил различное расстояние, учитывалось среднее значение отклонений •траектории. С увеличением уклона отклонения траектории воз­ растали. Для выяснения характера изменения расположения центра тяжести трактора на траекторию агрегата на переднюю и заднюю части трактора подвешивали дополнительные грузы. •Опыты проводили для трех положений центра тяжести.- При нор­ мальном положении центра тяжести трактора без дополнительных грузов расстояние центра тяжести трактора от задней оси /п = 78 см.

.176

Результаты опытов показывают, что с перемещением центра тяжести неуправляемого колесного трактора вперед по ходу дви­ жения он значительно отклоняется от поперечного направления склона.

В производственных условиях трактором управляют, но тот факт, что при больших значениях /п они интенсивно поворачива­ ются по склону вниз, свидетельствует об осложнении работы водителей.

Траектория движения любой точки управляемого трактора поперек склона представляет собой небольшие прямолинейные участки, чередующиеся с поворотами различной кривизны. Пово­ роты эти носят двоякий характер, обусловленный самопроизволь­ ным сползанием трактора по склону вниз и поворотами трактора по склону вверх при выравнивании направления его движения водителем.

На основании формулы (150) можно утверждать, что самопро­ извольный поворот трактора по склону вниз увеличивается при возрастании уклона, высоты расположения центра тяжести трак­ тора и расстояния /п . Немалое значение имеют также такие неуч­ тенные здесь факторы, как почвенные условия, техническое состоя­ ние машины и т. д.

После отклонения трактора от поперечного направления води­ тель возвращает его к заданному направлению. Чем интенсив­ нее отклоняется трактор по склону вниз, тем чаще и более дли­ тельное время водителю приходится пользоваться органами управ­ ления. Поэтому можно сказать, что факторы, способствующие самопроизвольному повороту трактора по склону вниз, уменьшают устойчивость его движения вдоль горизонталей местности.

Чтобы определить форму траектории центра тяжести управ­ ляемого трактора МТЗ-50 при движении поперек склона, были проведены опыты, в процессе которых скорость движения состав­ ляла 4,6—5,2 км/ч. При этом водителю не указывали какие-либо ориентиры и не отмечали заранее горизонтали местности. После прохода трактора с помощью геодезических приборов отмечали горизонталь местности и через каждые 0,5 м определяли положе­ ние траектории относительно этой горизонтали.

Чтобы уменьшить влияние субъективных факторов на ход опытов, на участке было занято три водителя примерно одной (средней) квалификации. На каждом склоне опыты повторяли 12 раз.

Математическое ожидание траектории любой точки трактора (агрегата), движущегося в поперечном направлении склона, обычно представляет собой кривую. Эта кривая может быть названа осью движения. При работе тракторов на склонах крутизной до 12° радиус кривизны оси движения настолько большой, что практи­ чески эту ось можно принять за прямую. В таком случае каждую конкретную реализацию траектории можно характеризовать поло­ жением оси движения на местности и колебаниями траектории

относительно этой оси. Угол отклонения оси движения рассмат­ риваемой точки трактора от горизонтали местности обозначим б. Этот усол является случайной дискретной величиной. Колеба­ ния траектории относительно своей оси по времени можно рассмат­ ривать как случайный процесс у (/, /') . Опыты показали, что слу­ чайный процесс у (I, /') можно рассматривать как стационарный, поэтому в дальнейшем будем обозначать его у (I).

Устойчивость движения трактора по контуру склона харак­ теризуется дисперсией траектории относительно средней оси дви­ жения, отклонением этой оси от горизонталей местности, а также спектральным составом процесса у (/).

На рис. 46, а, б, в изображена дисперсия процесса у (/) для различных условий движения трактора. Данные опытов показы­ вают увеличение дисперсии процесса у (/) по мере возрастания крутизны склона. Такая зависимость объясняется тем, что на склонах большой крутизны возрастает самопроизвольный поворот трактора в сторону спуска, затрудняется сохранение прямоли­ нейности его движения вдоль горизонталей местности, увеличи­ вается отклонение от заданного направления, в результате чего дисперсия процесса у (I) возрастает. Очевидно, что в зависи­ мости от сцепных качеств колес с почвой, состояния поверхности почвы и других причин интенсивность процесса Dy = / (v) изме­ няется [Dy — дисперсия процесса у (I)].

Поведение водителя существенно влияет на дисперсию Dy = = / (v), несмотря на это результаты опытов, проведенных при участии нескольких водителей, показывают что в большинстве случаев при увеличении крутизны склона прямолинейность дви­ жения тракторов вдоль горизонталей местности нарушается. При этом характер зависимостей, изображенных на рис. 46, видо­ изменяется незначительно.

Рис. 46. Дисперсия процесса у (/)

при движении трактора МТЗ-50 по контуру склона при различной ско­ рости движения:

178

=12° 20'

Известно, что главная причина самопроизвольного поворота трактора по склону вниз — появление составляющей силы тяже­ сти трактора, направленной по наименьшему скату. На крутых склонах эта составляющая больше, и поэтому отклонение трактора вниз происходит более интенсивно. Но здесь существенное зна­ чение имеет точка приложения указанной силы, т. е. местонахож­ дение центра тяжести трактора. Опытные данные показывают, что смещение центра тяжести колесного трактора в сторону зад­ ней оси уменьшает дисперсию траектории кинематического центра агрегата. Он движется более устойчиво, лучше сохраняет направ­ ление движения, от горизонталей местности отклоняется незна­ чительно.

На траекторию движения колесного трактора большое влия­ ние оказывает его скорость. Влияние ее на характер движения колесных тракторов при работе на склонах исследовано недоста­ точно. По опытным данным (рис. 46) при движении трактора по контуру склона с увеличением его скорости повышается дисперсия процесса у (/). Это значит, что трактор больше отклоняется от оси движения. Однако в некоторых случаях при сочетании неко­ торых внешних условий такая зависимость может нарушиться.

Дисперсия процесса у (I) не может служить исчерпывающей характеристикой устойчивости движения трактора по контуру склона. Нужно рассматривать также спектральный состав про­ цесса у (/). На рис. 47, а, б, в показаны кривые нормированных спектральных плотностей процессов у (I) при различных условиях движения трактора.

Во всех случаях (рис. 47), как при различном расположении центра тяжести трактора, так и при различных скоростях движе­ ния последнего, при возрастании крутизны склона преоблада­ ющие частоты процесса у (Г) перемещаются в сторону больших значений круговых частот. Это говорито том, что на склонах»большой крутизны водители чаще пользуются механизмом управления.