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

реакции водителей мобильных агрегатов на внешние сигналы. Запаздывание реакции водителей при выполнении таких процес­ сов, как междурядная обработка пропашных культур, уборка технических культур и др., может привести к повреждению рас­ тений и увеличению потерь урожая.

С повышением рабочих скоростей сельскохозяйственных агре­ гатов поток информации возрастает. Между тем, для успешной работы время реакции водителя на внешние сигналы должно быть сокращено, что значительно осложняет работу водителя, затрудняет сохранение заданного направления движения агре­ гата.

Основные сельскохозяйственные работы производятся на ско­ ростях 5—8 км/ч. При такой скорости большинство водителей реагируют на внешние сигналы удовлетворительно. Однако не­ редко из-за запаздывания реакции стабильность технологических процессов уменьшается. С переходом на более высокие рабочие скорости качественные показатели технологических процессов могут значительно снизиться. Поэтому необходимо в ближайшее время изыскать возможности сокращения времени реакции води­ телей в тех процессах, где автоматизация пока невозможна.

При выборе оптимальной системы управления агрегатом с ра­ циональными способами регулирования необходимо знать время

обнаружение внешнего сигнала. В сельскохозяйственном произ­ водстве таких работ мало. Если сигнал требует предварительного обнаружения, то время, затрачиваемое на это, нужно ввести в tx.

• Время ti зависит от многих факторов: прежде всего от того, на какой анализатор воздействует сигнал-раздражитель. Если ответная реакция должна выражаться в элементарных движениях, продолжительность реакции tx на слуховой раздражитель зна­ чительно меньше, чем на зрительный. Соответственно время реак­ ции на зрительный раздражитель в несколько раз меньше, чем на температурный. Обычно водители сельскохозяйственных агре­ гатов основную часть информации получают с помощью зрения.

На время tt влияет интенсивность сигнала. Увеличение интен­ сивности сигнала-раздражителя до определенной критической величины сокращает время t v Ориентиры, ярко выраженная граница обработанного участка поля заметно уменьшают время tx при работе агрегатов по способу копирования.

50

Время tx не одинаково для людей различного возраста и пола. Например, время реакции t± на свет у женщин больше, чем у муж­ чин. Человек наиболее быстро реагирует на свет и звук в воз­ расте 20—30 лет и особенно, когда он настроен воспринимать сигнал.

Установлено, что для осознания и переработки элементарных понятий требуется оптимальное время 0,18—0,3 с. Для водите­ лей сельскохозяйственных агрегатов при вспашке оптимальное время tx — 0,2 -г-0,4 с, при посеве и культивации оно несколько больше.

На время реакции большое влияние оказывают психофизиоло­ гические особенности водителей. Время t2 в широких пределах изменяется. Фактически оно является временем предварительной подготовки к действию. Для времени t2 приводятся такие данные: 0,2—1,5 с, 4*—5 с. Наши наблюдения показали, что при поворо­ тах на участках с уклоном 6—8°, при встрече с непредвиденными препятствиями на восприятие и осмысливание ситуации и приня­ тие решения водителю нужно 3^—6 с. На эти же действия при гори­ зонтальных участках и прямолинейном движении культиваторного агрегата с колесным трактором класса 1,4 тс расходуется 0,7—0,2 с. Результаты получены для шести водителей. Различия в опытных данных объясняются тем, что условия опытов и слож­ ность решаемых задач были не одинаковыми.

В каждом сообщении содержится определенное количество информации, чем больше ее объем, тем больше времени требуется для ее переработки. Быстрота действий может быть эффективной только при условии их правильности. Поэтому условием успеш­ ной работы является формирование правильного образа действия.

При работе сельскохозяйственных агрегатов на низких ско­ ростях водители зачастую считают преждевременным регулиро­ вать движение после принятия решения. Так, на отклонение асрегата от заданного направления движения водители реагируют спустя некоторое время, пока агрегат не отклонится еще больше (в допустимых пределах). Рассогласование заданной и действи­ тельной траекторий агрегата включает в себя сознательно допусти­ мое отклонение и зону нечувствительности водителя. Речь идет о сознательно допустимом отклонении и времени, за которое оно осуществляется.

Время, которым располагает водитель до выполнения управ­ ляющих действий, обозначено t3. Это резервное время. Оно зави­ сит от сложности и особенно скорости выполнения работы. Нельзя

ного времени (t3 > 0) в отдельные периоды работы еще не является основанием для увеличения скорости агрегата. Последнее может быть осуществлено, когда в течение длительного времени работы

/ 3 > 0 . Здесь не говорится о всем времени работы, так как в от­ дельных, аварийных, случаях за короткий промежуток времени человек способен переработать количество информации, в десятки раз превышающее среднюю норму. В таких случаях время реак­ ции человека значительно уменьшается.

При определении времени реакции нельзя ориентироваться на способность человека резко уменьшать время на реакцию и перерабатывать большое количество информации в аварийных си­ туациях. После таких ситуаций человек сильно устает, что пре­ пятствует его дальнейшей работе. Известны случаи, когда води­ тели после поворота агрегата с гусеничным трактором на склоне крутизной 18° на небольшое время прекращали работу и от­ дыхали.

При t3 = О приходится учитывать время ti t затрачиваемое водителем на подготовку к действию. В течение этого времени водитель, например, берется руками за рычаги управления,

Время ?4 зависит от вида выполняемых работ, двигательного комплекса реакции и других факторов. Человек реагирует быстрее верхними конечностями, чем нижними. За редким исключением правые нога и рука двигаются быстрее, чем левые. Для водите­ лей агрегатов с колесными тракторами а?4 = 0,3-^0,5 с, для води­ телей гусеничных тракторов оно несколько больше.

На время tB влияют и другие причины. Например, натрени­ рованность человека уменьшает общее время реакции на элемен­

поступающих главных сигналов, а также подготовиться и на­ строиться на корректировочное движение, направленное на мини­ мизацию ошибки регулируемого параметра. У натренированного

пашных культур после 10-дневной тренировки у водителей агре­ гатов время реакции уменьшается в среднем на 60%, и даже больше. С. А. Мишле и А. И. Гущин принимают время реакции водителя колесного трактора класса 1,4 тс таким: для квалифи­ цированных водителей 0,5 с, для неквалифицированных — 2 с, т. е. с повышением квалификации водителей время реакции сокра­ щается в 4 раза. На время реакции tB большое влияние оказывает положение человека относительно указательных приборов, рыча­ гов и других органов управления.

Таким образом ответная реакция человека на внешние сигналы характеризуется некоторой задержкой, величина которой обуслов­ ливается главным образом индивидуальными особенностями води-

52

телей. Делались неоднократные попытки выразить время реакции водителя математически. При этом поведение человека прини­

определенное время. Например, при работе колесных тракторов после того как водитель принял решение об изменении направле­ ния движения и начала действия, и до того, как трактор перешел

внешние условия.

Несмотря на то, что время tH зависит от поведения водителя (скорости вращения рулевого колеса, скорости выполнения дру­ гих управляющих действий), прямой связи между величинами tM и ta нет, тем более, что речь идет не о реакции, а о скорости дей­ ствия водителя.

В настоящее время на тракторах МТЗ-50, Т-40, Т-125, К.-700 устанавливают гидроусилители, что облегчает труд водителей. Наличие гидроусилителей увеличивает время tM, в действие вступают такие факторы, как величина и скорость нарастания давления в силовом цилиндре гидроусилителя, время его сраба­ тывания и т. д. Введение дополнительного звена силовой системы между водителем и «ответами» трактора задерживает получение

Поэтому нередко механизмы управления трактора МТЗ-50 пе­

Опытные данные показывают, что при отсутствии гидроуси­ лителей на тракторе МТЗ-5МС время срабатывания механизма управления составляет 0,12—0,17 с. Для трактора же МТЗ-50 общее время запаздывания поворота управляемых колес относи­ тельно поворота рулевого колеса достигает 0,26 с, в том числе на запаздывание гидравлического звена приходится 36% времени. Необходимо отметить, что увеличение зоны нечувствительности распределителя, обусловленное износом деталей, может увели­ чивать общее время запаздывания механизма управления на 200 %.

Время после начала действия водителя до момента, когда трак­ тор переходит на необходимую траекторию, т. е. время tM, в зна­ чительной степени зависит от быстроты действия водителей. Скорость действия водителей определяется сравнительно легко для агрегатов с колесными тракторами. Средняя скорость поворота

53

рулевого колеса трактора зависит от многих факторов, главными из которых являются вид выполняемой работы и поведение води­

холостом ходе трактора. По-видимому, чем труднее сохранить направление движения агрегата, чем сложнее в-ид копируемой кривой (след маркера, рядок растений, край вспаханного участка), тем выше скорость вращения рулевого колеса.

Опытные данные по влиянию скорости поступательного дви­ жения агрегатов на среднюю скорость вращения рулевого колеса трактора обобщены на рис. 6. Как видно, характер изменения кривых и абсолютные значения данных различные, что, по-види­ мому, можно объяснить неодинаковыми условиями проведения опытов, а также индивидуальными особенностями водителей. Кроме того, в опытах не учитывалось влияние нагрузки на ско­ рость вращения рулевого колеса. Между тем максимальная ско­ рость вращения рулевого колеса обратно пропорциональна на­ грузке, приходящейся на него. Большое влияние на скорость вращения рулевого колеса трактора оказывает степень извили­ стости рядков растений или копируемых траекторий. Аналогич­

ские показатели. Скорость движения выше и ниже оптимальной ухудшает качество технологического процесса. Для тех процессов, где оптимальные скорости выше применяемых, скорость движения, очевидно, можно повышать. Но для некоторых операций возраста­ ние рабочих скоростей приводит к ухудшению качества работы. Для таких случаев необходимо разрабатывать новые рабочие органы, а также способы выполнения технологического процесса.

Повышению рабочих скоростей управляемых сельскохозяй­ ственных агрегатов при выполнении сложных операций препят­ ствуют ограниченные возможности водителей по переработке информации и особенно скорость ответной реакции. Поэтому при усовершенствовании конструкции механизмов агрегатов и осо­ бенно системы управления будут полнее использоваться воз­ можности водителей.

Различают несколько видов реакции человека-оператора. Так, сенсомоторная реакция характеризуется элементарными движе­ ниями. При работе водителей сельскохозяйственных агрегатов преобладают более сложные виды реакции (например, дизъюнктив-

54

мая, при которой на каждый из заранее известных сигналов чело­ век отвечает разными движениями). Как правило, чем сложнее вид реакции, чем больше информации содержится во внешних сигналах, тем продолжительнее время реакции. Следовательно, упрощая управляющие действия водителя путем ввода различных приборов и приспособлений, можно уменьшить время U + tM и тем самым создать возможность для повышения рабочих ско­ ростей мобильных сельскохозяйственных агрегатов.

9. ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ В О Д И Т Е Л Я М И

Физическая работа требует определенного напряжения мышц. Сила мышц человека очень высокая. Так, сила мышцы — сгиба­ теля локтя может достигать 2500 Н, действительная тяга ахиллова сухожилия 5000 Н. Однако при физической работе человек редко использует всю силу своих мышц. За 6—8 ч физической работы человек в среднем развивает мощность 40—70 Вт. За более

принятых для машин и механизмов, не всегда удобно и возможно. Например, человек, удерживающий груз на вытянутых руках, по законам механики не совершает работы. С физиологической же точки зрения это работа, на выполнение которой расходуется энергия.

Работа, связанная с действием сил на определенном расстоянии, может быть названа динамической в отличие от статической, при выполнении которой видимое механическое движение отсут­ ствует. Статическая работа сопровождается движением мышц: изменением их формы, при этом нагруженные мышцы быстро устают. Величина статической работы во многом обусловлена мышечной выносливостью. Последняя есть свойство поддержи­ вать заданное мышечное усилие на постоянном уровне. Если не принимать во внимание вид и место приложения внешней силы, то энергия, затрачиваемая при статической работе, зависит глав­ ным образом от приложенной силы и времени ее действия.

Чтобы точно оценить затраты энергии при выполнении опреде­ ленной работы, достаточно измерить и количество кислорода, по­ требляемое человеком [4]. Речь идет о расходе энергии, которая,

При вождении сельскохозяйственных агрегатов промежутки времени, в которые выполняется работа, очень коротки, человек не успевает сильно устать, и эффективность его работы за единицу времени изменяется мало. Паузы дают возможность отдохнуть и восстановить работоспособность мышц. В таких случаях расход

55

энергии и выполняемую человеком эффективную работу можно считать пропорциональными.

Как измерить статическую работу человека при вождении агрегата? Прямых способов для этого нет. Косвенная оценка рас­ хода энергии путем измерения - потребляемого человеком коли­ чества кислорода сложна и требует специального оборудования. Кроме того, она определяет расход энергии, а не эффективность работы. Поэтому в первом приближении для оценки эффективной статической работы водителей агрегатов можно использовать некоторую условную силу Я , умноженную на время в секун­ дах Не. Измерение работы при помощи такой величины, противо­ речит законам механики, однако следует помнить, что рассматри­ вается не механический, а физиологический процесс со всеми осо­ бенностями.

Однако величина Не не может быть использована для сравне­

неодинаково. Поэтому приближенная оценка статической работы при помощи величины Не может быть лишь сравнительной для однотипных операций (например, при сравнении работы води­ телей на тракторах одинакового класса в различных условиях). Только с этой точки зрения можно использовать предлагаемую единицу измерения статической работы.

При вождении агрегатов водители выполняют работу, которая связана с видимым механическим движением (например, вращение рулевого колеса). Назовем такую работу динамической. Началь­ ный этап статической работы также носит динамический характер.

Для измерения работы водителей в рассматриваемых случаях допустимо использовать величины, принятые в механике.

Любопытно, что при одинаковом потреблении кислорода ста­ тическая работа воспринимается человеком как более напряжен­ ная и утомительная, чем динамическая [4]. Объясняется это тем, что мышцы при выполнении динамической работы находятся в более благоприятных условиях для снабжения кислородом, чем при статической.

Разделять физическую работу человека на статическую и динамическую целесообразно при решении конкретных задач, носящих частный характер. В производственных же условиях элементы статической и динамической работы проявляются сов­ местно в различных качественных и количественных соотношениях. Например, при вождении агрегатов, в состав которых входят гусе­ ничные тракторы, преобладает статическая работа. Нажатие тор­ мозных педалей и натяжение рычагов системы управления пред­ ставляет собой главным образом статическую работу, так как время непосредственного нажатия гораздо меньше, чем время, в течение которого педали поддерживаются в сжатом состоянии. Сказанное относится и к рычагам системы управления.

56

Из-за отсутствия достаточно обоснованной единицы для изме­ рения работы водителей гусеничных машин будем также исполь­ зовать величину Не.

Для сельскохозяйственных гусеничных тракторов максималь­ ное усилие на рычагах системы управления не превышает 150 Н. Для тормозных педалей расчетное усилие принимается не более 250 Н, причем для различных тракторов оно неодинаково и зави­ сит от качества регулировки и технического состояния системы управления тракторов. При использовании сервоприводов уси­ лие, необходимое для управления гусеничными тракторами, за­ метно снижается.

Статическая работа, затрачиваемая на управление гусенич­ ными тракторами, зависит от многих случайных факторов, не под­ дающихся анализу. Поэтому определять ее лучше опытным путем.

Эксперименты проводились на участках, имеющих попереч­ ный уклон. Управлять сельскохозяйственным агрегатом на таких участках сложно, поэтому водители расходовали больше энергии, чем на горизонтальных участках. Результаты непосредственных измерений статической работы водителя трактора ДТ-75 показаны на рис. 9, где на оси абсцисс.отложен поперечный уклон участков, на оси ординат — условная статическая работа водителей. Из рис. 9 видно, что работа, затрачиваемая на нажатие тормозных педалей и натяжение рычагов системы управления, по мере уве­ личения крутизны участков возрастает. Статическая работа, расходуемая на нажатие педали и натяжение рычага, находя­ щихся на нижней стороне склона, при холостом ходе трактора поперек склона со скоростью v = 1,46 м/с на графике характе­ ризуется кривой 1, то же при v = 1,66 м/с—кривой 2. Работа, рас­ ходуемая на нажатие педали и натяжение рычага, находящихся на верхней стороне склона, выражается соответственно кривыми 3 при v = 1,46 м/с и 4 при v = 1,66 м/с. Анализ этих кривых пока­ зывает, что с возрастанием крутизны местности сползание трак­ тора по склону вниз увеличивается, и чтобы сохранить заданный курс, приходится чаще прибегать к рычагу и педали системы управления трактора, находящихся на верхней стороне склона. Затрачиваемая на это работа возрастает (кривые 3, 4), в то время как работа, расходуемая на приведение в действие рычагов и педа­ лей, находящихся на нижней стороне склона, резко падает (кри­ вые /, 2). Но так как с увеличением крутизны склона сохранять направление движения трактора поперек склона становится трудно, то общая статическая работа водителя на крутых склонах возрастает как при v = 1,46 м/с (кривая 5), так и при v = 1,66'м/с (кривая 6).

Возрастание статической работы, расходуемой на управление агрегатами в зависимости от уклона, носит прямолинейный харак­ тер. Такое возрастание по сравнению с возрастанием при работе на горизонтальном участке небольшое и составляет примерно 1— 2% на каждый градус увеличения поперечного уклона участка.

57'

стоящим из трактора ДТ-75 и плуга ПН-4-35, показаны на рис. 10 (на рис. 10 сохранены те же обозначения, что и на рис. 9).

В обоих случаях закономерности одинаковые. Отличие заклю­ чается в том, что при работе пахотного агрегата расход стати­ ческой работы водителя для сохранения заданного курса заметно

агрегата по склону, при этом управление агрегатом облегчалось, что и являлось причиной уменьшения статической работы води­ теля.

Результаты опытов показывают, что для сохранения заданного курса пахотного агрегата вдоль горизонталей местности води­ тель расходует примерно на 30—40% меньше статической работы, чем при холостом ходе трактора. Подчеркиваем, что для сравне­ ния используется холостой ход трактора, а не агрегата. В послед­ нем случае закономерности будут иными.

Результаты опытов с пахотным агрегатом при отваливании пласта в сторону подъема получились аналогичными описанным и здесь не приводятся.

По опытным данным нельзя определить влияние скорости движения на расходуемую водителем статическую работу. Но общая тенденция такова: с повышением скорости статическая работа, расходуемая на сохранение заданного курса движения агрегата на одном и том же пути, уменьшается, что, по-видимому, объясняется возрастанием его количества движения.

Для производственной деятельности человека наиболее ха­ рактерна динамическая работа. Она сочетается с элементами статической работы, однако последней в общем цикле чаще всего немного. При выполнении полезной механической работы человек совершает некоторую бесполезную, с точки зрения производствен-

58

и сельскохозяйственных машин диаметры рулевого колеса и вра­ щательных рукояток принимают равным 300—450 см, силу сопро­ тивления 20—120 Н, максимальный угол поворота рулевого колеса 120° (последнее позволяет производить поворот трактора без перехватывания рулевого колеса).

роту левого и правого колес относительно шкворней; г*л и £п — пе­ редаточное число механизма левого и правого колеса.

Сопротивление повороту рулевого колеса слагается из сопро­ тивлений повороту направляющих колес, трения в механизмах рулевого управления и инерции вращающихся частей. Следова­ тельно, внешние условия могут влиять на сопротивление пово­ роту рулевого колеса главным образом путем изменения сопро­ тивления повороту направляющих колес.

Сопротивление повороту колес в основном обусловлено со­ стоянием поверхности почвы, скоростью поступательного движе­ ния трактора и угловой скоростью поворота колес.

Многочисленными исследованиями установлено, что с умень­ шением прочности опорной поверхности сопротивление пово­ роту направляющих колес увеличивается. Поэтому на асфальти­ рованной дороге сопротивление повороту колес значительно ниже, чем на стерне, и еще ниже чем на пахоте. На сопротивление пово­ роту направляющих колес заметно влияет микрорельеф и расти­ тельный покров поверхности поля. Неровности поверхности поля затрудняют поворот колес, увеличивают их сопротивление.

ними условиями может существенно затруднять управление агре­ гатами. Расход динамической работы значительно возрастает при передвижении агрегата на пересеченной местности с большой скоростью.

В связи с повышением рабочих скоростей сельскохозяйствен­ ных машин вопрос о влиянии поступательной скорости на сопро­ тивление повороту, главным образом на горизонтальных участках, приобретает важное значение. Остановимся на этом подробнее.

59.

V