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

с уклоном 8—9° пласт при оборачивании по склону вниз крошится значительно лучше, чем при оборачивании вверх. Конечно при этом заметную роль играют отклонение корпусов, частичная потеря равновесия плуга и другие факторы.

Опыты показывают, что на участках крутизной 8°, а также на горизонтальных участках с повышением скорости движения пахотного агрегата крошение пласта увеличивается. Но при этом возрастает также разброс данных относительно среднего значения крошения, что видно из ее дисперсии (табл. 10). Но процесс изме­ нения крошения пласта (обозначим его Кр (/)) в зависимости от скорости агрегата и направления оборачивания пласта нельзя характеризовать только значениями дисперсии. Для выяснения внутренней сущности происходящего процесса не менее важно учитывать коэффициенты корреляционной связи а и р , которые при оборачивании пласта вниз по склону с повышением скорости снижаются. Это говорит о том, что удельный вес преобладающих частот в процессе Кр (I) становится более заметным и они пере­ мещаются в сторону низких "значений круговых частот. В итоге,

рости агрегата возрастают, что является признаком снижения ста­ бильности процесса Кр (О-Этим объясняется, что значения D0 интен­ сивно возрастают. Следовательно, на склонах при оборачивании пласта вверх повышение скорости агрегата несколько усиливает крошение пласта, но и вместе с тем ухудшает его равномерность.

Глыбистость поверхности поля в зависимости от направления оборачивания пласта относительно уклона также меняется. Чем меньше глыбистость поверхности, тем выше качество обработки почвы, это не относится к вспашке связанных задерненных почв и к другим случаям. Пласт крошится значительно лучше при обо­ рачивании его вниз, а не вверх по склону. При вспашке на повы­ шенных скоростях глыбы бывают меньше при оборачивании пласта вниз по склону. Однако не следует забывать, что повышение ско­ рости агрегата несколько увеличивает дисперсию. Причем при оборачивании пласта вверх по склону стабильность процесса снижается, т. е. глыбистость поверхности обработанного участка становится неравномерной. Фактически стабильность подчиняется тем же закономерностям, что и процесс Кр (0-

Опытные данные, приведенные в табл. 10, позволяют проана­ лизировать как изменяется вспушенность и гребнистость поверх­ ности поля после вспашки.

Равномерность вспушенности почвы в зависимости .от прой­ денного агрегатом пути характеризуется теми же закономерно­ стями, что и крошение. Это естественно, так как хорошее качество крошения пласта сопровождается большой вспушенностью почвы при ее обработке.

190

Рис. 49. Изменение показателей вспашки в зависимости от уклона участка:

а — ширина захвата плуга; б — глубина хода последнего корпуса; в — крошение пласта ' г — вспушенность почвы; 3 — гребнистость поверхности поля; с — глыбистость повер х ности поля; У — в = 1,42 м/с; 2 — v = 1,6 м/с

При оборачивании пласта вниз по склону гребнистость поверх­ ности пашни по мере возрастания скорости агрегата становится более равномерной. При оборачивании вверх по склону характер влияния скорости на равномерность гребнистости усложняется. Так, если по мере увеличения скорости агрегата коэффициенты п, и Р повышаются, то дисперсия процесса снижается. При этом стабильность процесса нарушается и интенсивность ее изменения становится значительно ниже, чем при оборачивании пласта вниз по склону. Можно утверждать, что равномерность гребнистости поверхности пашни по пройденному агрегатом пути при обора­ чивании пласта вниз по склону выше, чем при оборачивании его вверх по склону.

Итак, данные табл. 10 позволяют анализировать как влияет направление оборачивания пласта и скорость движения агрегата на основные качественные показатели вспашки, на их стабиль­ ность. Установлено, что стабильность рассмотренных показателей, кроме ширины захвата плуга, выше при оборачивании пласта вниз по склону, чем при оборачивании его вверх по склону. По мере возрастания скорости движения агрегата при оборачивании пласта вниз по склону стабильность указанных показателей повышается в зависимости от расстояния, при оборачивании же пласта вверх стабильность их снижается.

Чтобы установить как влияет угол уклона на качественные показатели вспашки и характер их изменения, проводились опыты при обороте пласта вниз по склону на скорости движения агре­ гата 1,42 и 1,6 м/с.

Изменение основных качественных показателей вспашки в зави­ симости от уклона участка показано на рис. 49. Опытами уста­ новлено, что уклон участка влияет на основные качественные

191

DV,(%/M)Z

Ву-Ю'Чм/м)1

а — ширина захвата плуга; б — глубина хода последнего корпуса; в — крошение пласта; г — глыбистость поверхности поля; д — вспушенность почвы; е — гребннстость по­ верхности поля; / — v = 1,42 м/с; 2 — в = 1,6 м/с

показатели вспашки. Изменение ширины захвата плуга подчи­ няется сложной зависимости, однако абсолютное значение ее средней величины остается в таких пределах, что существенного влияния на другие качественные показатели вспашки не оказы­ вает.

С увеличением крутизны склона глубина хода последнего корпуса плуга сильно возрастает, что может служить причиной значительного увеличения неравномерности глубины обработки почвы при работе на участках с большой крутизной.

По мере увеличения крутизны склона до пределов, допуска­ ющих использование машин общего назначения, крошение пласта улучшается. Характер изменения других показателей в зависи­ мости от уклона участка хорошо виден на рис. 49.

Комплексным показателем, оценивающим качество вспашки на участках с различным уклоном, является стабильность процессов (рис. 50, а—е). Анализ опытных данных показывает, что с повы­ шением уклона участка равномерность ширины захвата плуга уменьшается тем больше, чем выше скорость агрегата. Объясня­ ется это влиянием уклона участка на работу пахотного агрегата. Следует учитывать, что стабильность ширины захвата плуга обус­ ловлена не только колебаниями плуга относительно трактора

192

в плоскости, параллельной поверхности поля, но и характером движения самого трактора. С этой точки зрения существенное значение имеет повышение извилистости траектории агрегата на участках с большим уклоном, несмотря на то, что на всех участ­

нах определенное влияние оказывает возрастание неравномер­ ности сопротивления плуга по ширине захвата, а также другие факторы. Устойчивость и стабильность глубины хода последнего корпуса навесного плуга в значительной степени зависят от уклона участка. С увеличением уклона стабильность глубины

Установлено, что при работе на горизонтальном участке ско­ рость движения агрегата влияет на стабильность процессов более значительно, чем при работе на участке с поперечным уклоном.

Выводы относятся к стабильности качественных показателей при вспашке, производимой с оборотом пласта вниз по склону. При оборачивании пласта вверх по склону интересующие зави­ симости можно получить из опытных данных, приведенных в табл. 10.

30. УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ КУЛЬТИВАТОРНОГО АГРЕГАТА ПРИ Д В И Ж Е Н И И ПОПЕРЕК СКЛОНА

Использовать под пропашные культуры участки' с уклоном более 5° нежелательно. На таких участках после неоднократной междурядной обработки усиливается опаность смыва плодород­ ного слоя.

При возделывании пропашных культур на склонах большое внимание уделяют предотвращению водной эрозии почвы. Если даже уклон участка не превышает 3°, рядки растений располагают по контуру склона, т. е. вдоль горизонталей местности.

При обработке междурядий культиваторные агрегаты, дви­ гаясь по контуру склона, работают с поперечным креном. Из-за уклона местности сохранять направление движения управляе­ мого агрегата вдоль рядков растений затруднительно, что снижает стабильность выполняемых процессов.

Движение культиваторного агрегата в поперечном направлении склона с односторонним уклоном характеризуется непрерывным сползанием и самопроизвольным отклонением агрегата по склону вниз и периодическими регулирующими действиями водителя, стремящегося направить агрегат по первоначально заданному курсу. В результате таких воздействий траектория движения агре­ гата получается извилистой. Извилистость траектории харак­ терна не только для трактора, движущегося холостым ходом,

но и для агрегатов, выполняющих определенную работу. В послед­ нем случае на траекторию движения влияют также вид выполня­ емой работы, расположение рабочих органов машины, способ

Лапы культиваторов (и другие рабочие органы) движутся с той же скоростью, что и трактор. При этом они перемещаются по от­ ношению к трактору, описывая кривые, которые носят случай­ ный характер в вероятностно-статистическом смысле.

С целью выявления основных закономерностей движения культиваторного агрегата в поперечном направлении склона прово­ дились опыты на участках с односторонним уклоном 2°10'; 5°30' и 9° 50'. Для контроля опыты повторяли на горизонтальном участ­ ке. Для наглядности использовались участки с сравнительно большим уклоном (8° и 9°50'), почвенные условия которых мало

центра агрегата и смещение центра тяжести культиватора относи­ тельно трактора измерялись при частично разблокированной системе навески, что позволило полнее выявить закономерности работы агрегата на склонах. При этом записывался угол отклоне­ ния направляющих колес по отношению к трактору.

Чтобы исключить влияние непрямолинейности рядков расте­ ний (разной на различных склонах) на характер движения агре­ гата, базовой линией служила прямая, параллельная горизон­ тали местности. Во время опытов водитель старался вести агрегат параллельно отмеченной прямой. Агрегат двигался со скоростью 2,8; 5,2 и 7,9 км/ч.

Предварительные опыты показали, что отклонения траектории кинематического центра агрегата от заранее отмеченной прямой можно рассматривать как стационарный процесс по пройденному агрегатом пути. В дальнейшем этот процесс будем обозначать у (I). Стационарными случайными процессами являются смещение цен­

чайные процессы взаимосвязаны. Нормированные спектральные плотности процесса у (I) изображены на рис. 51.

Характерной особенностью отклонения траектории кинемати­ ческого центра агрегата от прямой является большее, с увеличе­ нием уклона местности, выделение преобладающих частот про­ цесса у (/). Эта закономерность наблюдается при работе на раз­ личные скоростях. Так, на рис. 51, а видно, что кривая 5, харак­ теризующая спектральный состав процесса у (/) при работе на участках с уклоном 9°50', имеет резко выраженный максимум. С уменьшением уклона участков максимальные значения кривых нормированных.спектральных плотностей постепенно снижаются.

194

с увеличением уклона участка периодичность колебаний траек­ тории агрегата возрастает. Получается, что на горизонтальном участке частота отклонения направления движения управляемого агрегата более переменна, чем на склоне.

Но это может быть только при большой внимательности води­ теля, а следовательно, значительной напряженности его работы на склонах.

Сувеличением уклона участка дисперсия процесса у (I) воз­ растает. Следовательно, несмотря на напряженность работы води­ телей, непрямолинейность траектории кинематического центра агрегата на склонах возрастает. При этом в полной мере проявля­ ется отрицательное влияние уклона местности на стабильность движения мобильных агрегатов, в частности, при культивации пропашных культур.

Сувеличением уклона максимальные точки нормированных

ние движения на участках с более крутым склоном, гораздо чаще возвращают трактор к первоначально заданному направлению. Это обстоятельство также способствует увеличению напряженности работы водителей на склонах.

Итак, влияние уклона на траекторию кинематического центра агрегата проявляется в увеличении ее непрямолинейности, в воз­ растании периодичности и частоты колебаний траектории отно­ сительно базовой линии.

Сравнение кривых, изображенных на рис. 51, б, в, с предыду­ щими кривыми показывает, что при увеличении скорости основ­ ные закономерности, наблюдаемые в процессе у (/), сохраняются. Влияние скорости проявляется в том, что при ее увеличении максимальные значения кривых нормированных спектральных

плотностей уменьшаются. Следовательно, при работе на высоких скоростях периодичность отклонения траектории агрегата на оди­ наковом пути движения снижается. Это объясняется тем, что с увеличением скорости агрегат один и тот же путь проходит в тече­ ние более короткого времени, и водитель не способен сохранить ту высокую периодичность регулирования курса агрегата, кото­ рая наблюдалась при работе со скоростью 2,8 км/ч.

С увеличением скорости максимальные значения кривых сме­ щаются в сторону более низких частот. Это можно объяснить тем, что отклонения траектории кинематического центра агре­ гата рассматриваются в зависимости от расстояния. Здесь уже недостаток времени на управление снижает значения преоблада­ ющих частот процесса у (I).

Совместное влияние уклона участка и скорости движения агрегата на процесс у (/) проявляется еще и в следующем. Процесс у (I) на горизонтальной местности более стабилен не только потому, что его дисперсия ниже, чем при работе на склонах, но и по той причине, что удельный вес нулевых и низких частот в процессе у (I) более высок на горизонтальном участке. Фактически периодич­ ность процесса на уклонах повышается благодаря уменьшению низких частот. Повышение же скорости движения увеличивает низкие частоты во всех случаях, что, по-видимому, является след­ ствием возрастания кинетической энергии агрегата.

Курс агрегата регулируется при помощи поворота направля­ ющих колес трактора. Для процесса е (/) математическое ожида­ ние те характеризует то среднее значение угла е, на который пово­ рачиваются направляющие колеса для придания движению агре­ гата вдоль горизонталей местности стабильности. Очевидно, при неровностях на поверхности поля, неоднородности почвенных усло­ вий и т. д. угол е изменяется, колеблясь вокруг значения т Е , и процесс ЭТОТ приобретает характер стационарного случайного.

Чтобы сохранить заданный курс движения агрегата вдоль горизонталей, средний угол поворота направляющих колес в сто­ рону подъема должен увеличиваться с возрастанием уклона мест­ ности. При движении на склонах такой поворот направляющих колес вынуждает их работать с большим боковым уводом и компен­ сирует сползание агрегата по уклону вниз. При этом по отношению к горизонталям местности продольная ось агрегата получает откло­ нение.

Напомним, что процесс е (/) описывает отклонение направля­ ющих колес по отношению к продольной оси агрегата, в то время как процесс у (I) — отклонение траектории кинематического центра агрегата по отношению к оси движения. Процесс у (/) фактически описывает также изменения угла, составленного между

196

скоростью движения кинематического центра агрегата в каждый момент времени с направлением движения. Очевидно, что для управ­ ляемых агрегатов вид траектории кинематического центра агре­ гата обусловлен действиями водителей, т. е. процесс у (/) характе­ ризуется также поведением водителей. С другой стороны, процесс Е(1) всецело зависит от водителей. И если на первый взгляд кажется, что закономерности процессов у (/) и е (/) должны быть идентич­ ными, в действительности это не так, так как имеется еще и дру­ гой случайный процесс — отклонение продольной оси агрегата от заданного направления движения по пройденному пути. Этот независимый процесс, влияя на Б (/), может существенно изменить характер его протекания. Закономерности) полученные для про­ цесса у (/), могут стать необязательными для процесса е (I).

Управляющие действия водителя направлены на стабилиза­ цию процесса у (I), т. е. на сохранение прямолинейности движения агрегата. При этом водителя не беспокоит, как протекает процесс е (/). Для достижения прямолинейности движения агрегата он может использовать различные скорости и ускорения вращения рулевого колеса трактора.

Такое отступление мы считаем необходимым, так как законо­ мерности процесса е (/), косвенно характеризующие действия водителя, могут быть малопригодными при исследовании движения кинематического центра управляемых агрегатов на склонах.

Так, например, вращение рулевого колеса трактора с боль­ шой скоростью в одну, а затем в обратную сторону может влиять на траекторию кинематического центра агрегата незначительно (или совсем не влиять)', между тем оно сильно сказывается на процесс 8 (/).

При работе на горизонтальной местности влияние боковой составляющей силы тяжести агрегата в плоскости поверхности поля отсутствует, и направление движения агрегата обусловлено только углом отклонения направляющих колес (при игнорировании скольжения колес и других второстепенных факторов). Поэтому влияние процесса е (/) на у (/) имеет более непосредственный характер. Закономерности, присущие процессу у (/), в основном наблюдаются и в процессе е (/). При работе на склонах этого не отмечается.

При культивации на горизонтальной местности водитель агре­ гата в основном следит за движением трактора по междурядьям растений. Квалифицированные водители, кроме того, периоди­ чески зрительно контролируют работу культиваторов. На хорошо возделываемом поле такое поведение водителя предупреждает повреждение растений. Повышение же'рабочих скоростей затруд­ няет контроль со стороны водителя над работой культиватора, все его внимание сосредотачивается на вождении агрегата.

Условия работы водителя культиваторного агрегата на скло­ нах затрудняются еще больше. Фактически он способен следить лишь за правильным движением трактора и только изредка наблю-

197

дать за работой самого культиватора. На горизонтальной мест­ ности центр тяжести навесного культиватора почти повторяет движения кинематического центра агрегата (небольшая разница между дисперсиями обеих траекторий не играет существенной роли), на склонах же это не так, здесь возникает реальная опас­ ность подрезания культурных растений.

При работе на горизонтальной местности основной причиной отклонения навесного культиватора относительно трактора явля­ ются случайные возмущения, обусловленные неспокойным микро­ рельефом и неоднородностью почвенных условий. После прекра­ щения этого влияния культиватор быстро возвращается в перво­ начальное состояние. Так как направление действия случайных возмущений равновероятно, то отклонения культиватора по отно­ шению к трактору в поперечно-вертикальной плоскости также равновероятны.

При работе в поперечном направлении склона, кроме перечис­ ленных явлений, появляется еще и влияние уклона, выражающееся в виде составляющей силы тяжести машины, которая действует как боковая (поперечная) сила. Под влиянием этой силы, постоянно направленной по склону вниз, навесной культиватор получает некоторое среднее (постоянное для данного уклона и условий) от­ клонение относительно трактора в плоскости, параллельной поверхности поля. Во время работы под действием случайных возмущений культиватор уже колеблется по отношению к такому

исследования показали, что изменения hc по пройденному агре­ гатом пути имеют характер стационарного случайного процесса. Процесс этот обозначим /гс (/).

Итак, при работе в поперечном направлении склона, если води­ тель следит за движением только трактора, навесной культиватор отклоняется по отношению к трактору в плоскости поверхности

Для дальнейшего исследования выясним, насколько велико значение математ-ического ожидания процесса hc [Г), как про­ текает сам процесс hc (I) и насколько реальна опасность увели­ чения подрезания культурных растений при культивации на скло­ нах.

Для измерения отклонения навесного культиватора по отно­

198

4

1

относительно первой. Для получения синхронных отметок пути

ченными результатами от линейных перемещений центра тяжести культиватора перешли к угловым отклонениям культиватора относительно трактора. Угол отклонения здесь рассматривается относительно продольной оси трактора в плоскости, параллель­ ной поверхности поля. Обозначен этот угол через г|з. Так как откло­ нение культиватора по отношению к трактору небольшое, можно принять

Опытные данные показывают, что с увеличением уклона уча­

культиватора по отношению к трактору при работе на склонах является сила GK sin v, где GK — вес навесного культиватора, v — угол уклона местности. При небольших углах с повышением значений v сила GK sin v увеличивается почти прямолинейно. По такой же закономерности возрастает и o|).

Угол наклона опытных прямых (рис. 52, а) показывает интен­ сивность возрастания математического ожидания угла \\> при работе на различных уклонах. С увеличением скорости движения интен-

199